xref: /DragonOS/kernel/src/mm/allocator/buddy.rs (revision 453452cc02e2766a28d87dd47bdee37caddc4c44)
1 /// @Author: longjin@dragonos.org
2 /// @Author: kongweichao@dragonos.org
3 /// @Date: 2023-03-28 16:03:47
4 /// @FilePath: /DragonOS/kernel/src/mm/allocator/buddy.rs
5 /// @Description: 伙伴分配器
6 use crate::arch::MMArch;
7 use crate::mm::allocator::bump::BumpAllocator;
8 use crate::mm::allocator::page_frame::{FrameAllocator, PageFrameCount, PageFrameUsage};
9 use crate::mm::{MemoryManagementArch, PhysAddr, PhysMemoryArea, VirtAddr};
10 use crate::{kdebug, kwarn};
11 use core::cmp::min;
12 use core::fmt::Debug;
13 use core::intrinsics::{likely, unlikely};
14 
15 use core::{marker::PhantomData, mem};
16 
17 // 一个全局变量MAX_ORDER,用来表示buddy算法的最大阶数 [MIN_ORDER, MAX_ORDER)左闭右开区间
18 const MAX_ORDER: usize = 31;
19 // 4KB
20 const MIN_ORDER: usize = 12;
21 
22 /// 保存buddy算法中每一页存放的BuddyEntry的信息,占据每个页的起始位置
23 #[derive(Debug)]
24 pub struct PageList<A> {
25     // 页存放entry的数量
26     entry_num: usize,
27     // 下一个页面的地址
28     next_page: PhysAddr,
29     phantom: PhantomData<A>,
30 }
31 
32 impl<A> Clone for PageList<A> {
33     fn clone(&self) -> Self {
34         Self {
35             entry_num: self.entry_num,
36             next_page: self.next_page,
37             phantom: PhantomData,
38         }
39     }
40 }
41 
42 impl<A> PageList<A> {
43     #[allow(dead_code)]
44     fn empty() -> Self {
45         Self {
46             entry_num: 0,
47             next_page: PhysAddr::new(0),
48             phantom: PhantomData,
49         }
50     }
51     fn new(entry_num: usize, next_page: PhysAddr) -> Self {
52         Self {
53             entry_num,
54             next_page,
55             phantom: PhantomData,
56         }
57     }
58 }
59 
60 /// @brief: 用来表示 buddy 算法中的一个 buddy 块,整体存放在area的头部
61 // 这种方式会出现对齐问题
62 // #[repr(packed)]
63 #[repr(C)]
64 #[derive(Debug)]
65 pub struct BuddyAllocator<A> {
66     // 存放每个阶的空闲“链表”的头部地址
67     free_area: [PhysAddr; (MAX_ORDER - MIN_ORDER) as usize],
68     /// 总页数
69     total: PageFrameCount,
70     phantom: PhantomData<A>,
71 }
72 
73 impl<A: MemoryManagementArch> BuddyAllocator<A> {
74     const BUDDY_ENTRIES: usize =
75         // 定义一个变量记录buddy表的大小
76         (A::PAGE_SIZE - mem::size_of::<PageList<A>>()) / mem::size_of::<PhysAddr>();
77 
78     pub unsafe fn new(mut bump_allocator: BumpAllocator<A>) -> Option<Self> {
79         let initial_free_pages = bump_allocator.usage().free();
80         let total_memory = bump_allocator.usage().total();
81         kdebug!("Free pages before init buddy: {:?}", initial_free_pages);
82         kdebug!("Buddy entries: {}", Self::BUDDY_ENTRIES);
83 
84         let mut free_area: [PhysAddr; (MAX_ORDER - MIN_ORDER) as usize] =
85             [PhysAddr::new(0); (MAX_ORDER - MIN_ORDER) as usize];
86 
87         // Buddy初始占用的空间从bump分配
88         for f in free_area.iter_mut() {
89             let curr_page = bump_allocator.allocate_one();
90             // 保存每个阶的空闲链表的头部地址
91             *f = curr_page.unwrap();
92             // 清空当前页
93             core::ptr::write_bytes(MMArch::phys_2_virt(*f)?.data() as *mut u8, 0, A::PAGE_SIZE);
94 
95             let page_list: PageList<A> = PageList::new(0, PhysAddr::new(0));
96             Self::write_page(*f, page_list);
97         }
98 
99         let mut allocator = Self {
100             free_area,
101             total: PageFrameCount::new(0),
102             phantom: PhantomData,
103         };
104 
105         let mut total_pages_to_buddy = PageFrameCount::new(0);
106         let mut res_areas = [PhysMemoryArea::default(); 128];
107         let mut offset_in_remain_area = bump_allocator
108             .remain_areas(&mut res_areas)
109             .expect("BuddyAllocator: failed to get remain areas from bump allocator");
110 
111         let remain_areas = &res_areas[0..];
112 
113         for area in remain_areas {
114             let mut paddr = (area.area_base_aligned() + offset_in_remain_area).data();
115             let mut remain_pages =
116                 PageFrameCount::from_bytes(area.area_end_aligned().data() - paddr).unwrap();
117 
118             if remain_pages.data() == 0 {
119                 continue;
120             }
121             kdebug!("area: {area:?}, paddr: {paddr:#x}, remain_pages: {remain_pages:?}");
122 
123             total_pages_to_buddy += remain_pages;
124 
125             if offset_in_remain_area != 0 {
126                 offset_in_remain_area = 0;
127             }
128 
129             // 先从低阶开始,尽可能地填满空闲链表
130             for i in MIN_ORDER..MAX_ORDER {
131                 // kdebug!("i {i}, remain pages={}", remain_pages.data());
132                 if remain_pages.data() < (1 << (i - MIN_ORDER)) {
133                     break;
134                 }
135 
136                 assert!(paddr & ((1 << i) - 1) == 0);
137 
138                 if likely(i != MAX_ORDER - 1) {
139                     // 要填写entry
140                     if paddr & (1 << i) != 0 {
141                         allocator.buddy_free(PhysAddr::new(paddr), i as u8);
142 
143                         paddr += 1 << i;
144                         remain_pages -= 1 << (i - MIN_ORDER);
145                     };
146                 } else {
147                     // 往最大的阶数的链表中添加entry(注意要考虑到最大阶数的链表可能有多页)
148                     // 断言剩余页面数量是MAX_ORDER-1阶的整数倍
149 
150                     let mut entries = (remain_pages.data() * A::PAGE_SIZE) >> i;
151                     while entries > 0 {
152                         allocator.buddy_free(PhysAddr::new(paddr), i as u8);
153                         paddr += 1 << i;
154                         remain_pages -= 1 << (i - MIN_ORDER);
155 
156                         entries -= 1;
157                     }
158                 }
159             }
160 
161             // 然后从高往低,把剩余的页面加入链表
162             let mut remain_bytes = remain_pages.data() * A::PAGE_SIZE;
163 
164             assert!(remain_bytes < (1 << MAX_ORDER - 1));
165 
166             for i in (MIN_ORDER..MAX_ORDER).rev() {
167                 if remain_bytes >= (1 << i) {
168                     assert!(paddr & ((1 << i) - 1) == 0);
169                     allocator.buddy_free(PhysAddr::new(paddr), i as u8);
170 
171                     paddr += 1 << i;
172                     remain_bytes -= 1 << i;
173                 }
174             }
175 
176             assert!(remain_bytes == 0);
177         }
178 
179         kdebug!("Total pages to buddy: {:?}", total_pages_to_buddy);
180         allocator.total = total_memory;
181 
182         Some(allocator)
183     }
184     /// 获取第j个entry的虚拟地址,
185     /// j从0开始计数
186     pub fn entry_virt_addr(base_addr: PhysAddr, j: usize) -> VirtAddr {
187         let entry_virt_addr = unsafe { A::phys_2_virt(Self::entry_addr(base_addr, j)) };
188         return entry_virt_addr.unwrap();
189     }
190     pub fn entry_addr(base_addr: PhysAddr, j: usize) -> PhysAddr {
191         let entry_addr = base_addr + mem::size_of::<PageList<A>>() + j * mem::size_of::<PhysAddr>();
192         return entry_addr;
193     }
194     pub fn read_page<T>(addr: PhysAddr) -> T {
195         let page_list = unsafe { A::read(A::phys_2_virt(addr).unwrap()) };
196         return page_list;
197     }
198 
199     pub fn write_page(curr_page: PhysAddr, page_list: PageList<A>) {
200         // 把物理地址转换为虚拟地址
201         let virt_addr = unsafe { A::phys_2_virt(curr_page) };
202         let virt_addr = virt_addr.unwrap();
203         unsafe { A::write(virt_addr, page_list) };
204     }
205 
206     /// 从order转换为free_area的下标
207     ///
208     /// # 参数
209     ///
210     /// - `order` - order
211     ///
212     /// # 返回值
213     ///
214     /// free_area的下标
215     #[inline]
216     fn order2index(order: u8) -> usize {
217         (order as usize - MIN_ORDER) as usize
218     }
219 
220     /// 从空闲链表的开头,取出1个指定阶数的伙伴块,如果没有,则返回None
221     ///
222     /// ## 参数
223     ///
224     /// - `order` - 伙伴块的阶数
225     fn pop_front(&mut self, order: u8) -> Option<PhysAddr> {
226         let mut alloc_in_specific_order = |spec_order: u8| {
227             // 先尝试在order阶的“空闲链表”的开头位置分配一个伙伴块
228             let mut page_list_addr = self.free_area[Self::order2index(spec_order)];
229             let mut page_list: PageList<A> = Self::read_page(page_list_addr);
230 
231             // 循环删除头部的空闲链表页
232             while page_list.entry_num == 0 {
233                 let next_page_list_addr = page_list.next_page;
234                 // 找完了,都是空的
235                 if next_page_list_addr.is_null() {
236                     return None;
237                 }
238 
239                 if !next_page_list_addr.is_null() {
240                     // 此时page_list已经没有空闲伙伴块了,又因为非唯一页,需要删除该page_list
241                     self.free_area[Self::order2index(spec_order)] = next_page_list_addr;
242                     drop(page_list);
243                     // kdebug!("FREE: page_list_addr={:b}", page_list_addr.data());
244                     unsafe {
245                         self.buddy_free(page_list_addr, MMArch::PAGE_SHIFT as u8);
246                     }
247                 }
248                 // 由于buddy_free可能导致首部的链表页发生变化,因此需要重新读取
249                 let next_page_list_addr = self.free_area[Self::order2index(spec_order)];
250                 assert!(!next_page_list_addr.is_null());
251                 page_list = Self::read_page(next_page_list_addr);
252                 page_list_addr = next_page_list_addr;
253             }
254 
255             // 有空闲页面,直接分配
256             if page_list.entry_num > 0 {
257                 let entry: PhysAddr = unsafe {
258                     A::read(Self::entry_virt_addr(
259                         page_list_addr,
260                         page_list.entry_num - 1,
261                     ))
262                 };
263                 // 清除该entry
264                 unsafe {
265                     A::write(
266                         Self::entry_virt_addr(page_list_addr, page_list.entry_num - 1),
267                         PhysAddr::new(0),
268                     )
269                 };
270                 if entry.is_null() {
271                     panic!(
272                         "entry is null, entry={:?}, order={}, entry_num = {}",
273                         entry,
274                         spec_order,
275                         page_list.entry_num - 1
276                     );
277                 }
278                 // kdebug!("entry={entry:?}");
279 
280                 // 更新page_list的entry_num
281                 page_list.entry_num -= 1;
282                 let tmp_current_entry_num = page_list.entry_num;
283                 if page_list.entry_num == 0 {
284                     if !page_list.next_page.is_null() {
285                         // 此时page_list已经没有空闲伙伴块了,又因为非唯一页,需要删除该page_list
286                         self.free_area[Self::order2index(spec_order)] = page_list.next_page;
287                         drop(page_list);
288                         unsafe { self.buddy_free(page_list_addr, MMArch::PAGE_SHIFT as u8) };
289                     } else {
290                         Self::write_page(page_list_addr, page_list);
291                     }
292                 } else {
293                     // 若entry_num不为0,说明该page_list还有空闲伙伴块,需要更新该page_list
294                     // 把更新后的page_list写回
295                     Self::write_page(page_list_addr, page_list.clone());
296                 }
297 
298                 // 检测entry 是否对齐
299                 if !entry.check_aligned(1 << spec_order) {
300                     panic!("entry={:?} is not aligned, spec_order={spec_order}, page_list.entry_num={}", entry, tmp_current_entry_num);
301                 }
302                 return Some(entry);
303             }
304             return None;
305         };
306         let result: Option<PhysAddr> = alloc_in_specific_order(order as u8);
307         // kdebug!("result={:?}", result);
308         if result.is_some() {
309             return result;
310         }
311         // 尝试从更大的链表中分裂
312 
313         let mut current_order = (order + 1) as usize;
314         let mut x: Option<PhysAddr> = None;
315         while current_order < MAX_ORDER {
316             x = alloc_in_specific_order(current_order as u8);
317             // kdebug!("current_order={:?}", current_order);
318             if x.is_some() {
319                 break;
320             }
321             current_order += 1;
322         }
323 
324         // kdebug!("x={:?}", x);
325         // 如果找到一个大的块,就进行分裂
326         if x.is_some() {
327             // 分裂到order阶
328             while current_order > order as usize {
329                 current_order -= 1;
330                 // 把后面那半块放回空闲链表
331 
332                 let buddy = *x.as_ref().unwrap() + (1 << current_order);
333                 // kdebug!("x={:?}, buddy={:?}", x, buddy);
334                 // kdebug!("current_order={:?}, buddy={:?}", current_order, buddy);
335                 unsafe { self.buddy_free(buddy, current_order as u8) };
336             }
337             return x;
338         }
339 
340         return None;
341     }
342 
343     /// 从伙伴系统中分配count个页面
344     ///
345     /// ## 参数
346     ///
347     /// - `count`:需要分配的页面数
348     ///
349     /// ## 返回值
350     ///
351     /// 返回分配的页面的物理地址和页面数
352     fn buddy_alloc(&mut self, count: PageFrameCount) -> Option<(PhysAddr, PageFrameCount)> {
353         assert!(count.data().is_power_of_two());
354         // 计算需要分配的阶数
355         let mut order = log2(count.data() as usize);
356         if count.data() & ((1 << order) - 1) != 0 {
357             order += 1;
358         }
359         let order = (order + MIN_ORDER) as u8;
360         if order as usize >= MAX_ORDER {
361             return None;
362         }
363 
364         // kdebug!("buddy_alloc: order = {}", order);
365         // 获取该阶数的一个空闲页面
366         let free_addr = self.pop_front(order);
367         // kdebug!(
368         //     "buddy_alloc: order = {}, free_addr = {:?}",
369         //     order,
370         //     free_addr
371         // );
372         return free_addr
373             .map(|addr| (addr, PageFrameCount::new(1 << (order as usize - MIN_ORDER))));
374     }
375 
376     /// 释放一个块
377     ///
378     /// ## 参数
379     ///
380     /// - `base` - 块的起始地址
381     /// - `order` - 块的阶数
382     unsafe fn buddy_free(&mut self, mut base: PhysAddr, order: u8) {
383         // kdebug!("buddy_free: base = {:?}, order = {}", base, order);
384         let mut order = order as usize;
385 
386         while order < MAX_ORDER {
387             // 检测地址是否合法
388             if base.data() & ((1 << (order)) - 1) != 0 {
389                 panic!(
390                     "buddy_free: base is not aligned, base = {:#x}, order = {}",
391                     base.data(),
392                     order
393                 );
394             }
395 
396             // 在链表中寻找伙伴块
397             // 伙伴块的地址是base ^ (1 << order)
398             let buddy_addr = PhysAddr::new(base.data() ^ (1 << order));
399 
400             let first_page_list_paddr = self.free_area[Self::order2index(order as u8)];
401             let mut page_list_paddr = first_page_list_paddr;
402             let mut page_list: PageList<A> = Self::read_page(page_list_paddr);
403             let first_page_list = page_list.clone();
404 
405             let mut buddy_entry_virt_vaddr = None;
406             let mut buddy_entry_page_list_paddr = None;
407             // 除非order是最大的,否则尝试查找伙伴块
408             if likely(order != MAX_ORDER - 1) {
409                 'outer: loop {
410                     for i in 0..page_list.entry_num {
411                         let entry_virt_addr = Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, i);
412                         let entry: PhysAddr = unsafe { A::read(entry_virt_addr) };
413                         if entry == buddy_addr {
414                             // 找到了伙伴块,记录该entry相关信息,然后退出查找
415                             buddy_entry_virt_vaddr = Some(entry_virt_addr);
416                             buddy_entry_page_list_paddr = Some(page_list_paddr);
417                             break 'outer;
418                         }
419                     }
420                     if page_list.next_page.is_null() {
421                         break;
422                     }
423                     page_list_paddr = page_list.next_page;
424                     page_list = Self::read_page(page_list_paddr);
425                 }
426             }
427 
428             // 如果没有找到伙伴块
429             if buddy_entry_virt_vaddr.is_none() {
430                 assert!(
431                     page_list.entry_num <= Self::BUDDY_ENTRIES,
432                     "buddy_free: page_list.entry_num > Self::BUDDY_ENTRIES"
433                 );
434 
435                 // 当前第一个page_list没有空间了
436                 if first_page_list.entry_num == Self::BUDDY_ENTRIES {
437                     // 如果当前order是最小的,那么就把这个块当作新的page_list使用
438                     let new_page_list_addr = if order == MIN_ORDER {
439                         base
440                     } else {
441                         // 否则分配新的page_list
442                         // 请注意,分配之后,有可能当前的entry_num会减1(伙伴块分裂),造成出现整个链表为null的entry数量为Self::BUDDY_ENTRIES+1的情况
443                         // 但是不影响,我们在后面插入链表项的时候,会处理这种情况,检查链表中的第2个页是否有空位
444                         self.buddy_alloc(PageFrameCount::new(1))
445                             .expect("buddy_alloc failed: no enough memory")
446                             .0
447                     };
448 
449                     // 清空这个页面
450                     core::ptr::write_bytes(
451                         A::phys_2_virt(new_page_list_addr)
452                             .expect(
453                                 "Buddy free: failed to get virt address of [new_page_list_addr]",
454                             )
455                             .as_ptr::<u8>(),
456                         0,
457                         1 << order,
458                     );
459                     assert!(
460                         first_page_list_paddr == self.free_area[Self::order2index(order as u8)]
461                     );
462                     // 初始化新的page_list
463                     let new_page_list = PageList::new(0, first_page_list_paddr);
464                     Self::write_page(new_page_list_addr, new_page_list);
465                     self.free_area[Self::order2index(order as u8)] = new_page_list_addr;
466                 }
467 
468                 // 由于上面可能更新了第一个链表页,因此需要重新获取这个值
469                 let first_page_list_paddr = self.free_area[Self::order2index(order as u8)];
470                 let first_page_list: PageList<A> = Self::read_page(first_page_list_paddr);
471 
472                 // 检查第二个page_list是否有空位
473                 let second_page_list = if first_page_list.next_page.is_null() {
474                     None
475                 } else {
476                     Some(Self::read_page::<PageList<A>>(first_page_list.next_page))
477                 };
478 
479                 let (paddr, mut page_list) = if let Some(second) = second_page_list {
480                     // 第二个page_list有空位
481                     // 应当符合之前的假设:还有1个空位
482                     assert!(second.entry_num == Self::BUDDY_ENTRIES - 1);
483 
484                     (first_page_list.next_page, second)
485                 } else {
486                     // 在第一个page list中分配
487                     (first_page_list_paddr, first_page_list)
488                 };
489 
490                 // kdebug!("to write entry, page_list_base={paddr:?}, page_list.entry_num={}, value={base:?}", page_list.entry_num);
491                 assert!(page_list.entry_num < Self::BUDDY_ENTRIES);
492                 // 把要归还的块,写入到链表项中
493                 unsafe { A::write(Self::entry_virt_addr(paddr, page_list.entry_num), base) }
494                 page_list.entry_num += 1;
495                 Self::write_page(paddr, page_list);
496                 return;
497             } else {
498                 // 如果找到了伙伴块,合并,向上递归
499 
500                 // 伙伴块所在的表项的虚拟地址
501                 let buddy_entry_virt_addr = buddy_entry_virt_vaddr.unwrap();
502                 // 伙伴块所在的page_list的物理地址
503                 let buddy_entry_page_list_paddr = buddy_entry_page_list_paddr.unwrap();
504 
505                 let mut page_list_paddr = self.free_area[Self::order2index(order as u8)];
506                 let mut page_list = Self::read_page::<PageList<A>>(page_list_paddr);
507                 // 找第一个有空闲块的链表页。跳过空闲链表页。不进行回收的原因是担心出现死循环
508                 while page_list.entry_num == 0 {
509                     if page_list.next_page.is_null() {
510                         panic!(
511                             "buddy_free: page_list.entry_num == 0 && page_list.next_page.is_null()"
512                         );
513                     }
514                     page_list_paddr = page_list.next_page;
515                     page_list = Self::read_page(page_list_paddr);
516                 }
517 
518                 // 如果伙伴块不在第一个链表页,则把第一个链表中的某个空闲块替换到伙伴块的位置
519                 if page_list_paddr != buddy_entry_page_list_paddr {
520                     let entry: PhysAddr = unsafe {
521                         A::read(Self::entry_virt_addr(
522                             page_list_paddr,
523                             page_list.entry_num - 1,
524                         ))
525                     };
526                     // 把这个空闲块写入到伙伴块的位置
527                     unsafe {
528                         A::write(buddy_entry_virt_addr, entry);
529                     }
530                     // 设置刚才那个entry为空
531                     unsafe {
532                         A::write(
533                             Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, page_list.entry_num - 1),
534                             PhysAddr::new(0),
535                         );
536                     }
537                     // 更新当前链表页的统计数据
538                     page_list.entry_num -= 1;
539                     Self::write_page(page_list_paddr, page_list);
540                 } else {
541                     // 伙伴块所在的链表页就是第一个链表页
542                     let last_entry: PhysAddr = unsafe {
543                         A::read(Self::entry_virt_addr(
544                             page_list_paddr,
545                             page_list.entry_num - 1,
546                         ))
547                     };
548 
549                     // 如果最后一个空闲块不是伙伴块,则把最后一个空闲块移动到伙伴块的位置
550                     // 否则后面的操作也将删除这个伙伴块
551                     if last_entry != buddy_addr {
552                         unsafe {
553                             A::write(buddy_entry_virt_addr, last_entry);
554                             A::write(
555                                 Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, page_list.entry_num - 1),
556                                 PhysAddr::new(0),
557                             );
558                         }
559                     } else {
560                         unsafe {
561                             A::write(
562                                 Self::entry_virt_addr(page_list_paddr, page_list.entry_num - 1),
563                                 PhysAddr::new(0),
564                             );
565                         }
566                     }
567                     // 更新当前链表页的统计数据
568                     page_list.entry_num -= 1;
569                     Self::write_page(page_list_paddr, page_list);
570                 }
571             }
572             base = min(base, buddy_addr);
573             order += 1;
574         }
575         // 走到这一步,order应该为MAX_ORDER-1
576         assert!(order == MAX_ORDER - 1);
577     }
578 }
579 
580 impl<A: MemoryManagementArch> FrameAllocator for BuddyAllocator<A> {
581     unsafe fn allocate(&mut self, count: PageFrameCount) -> Option<(PhysAddr, PageFrameCount)> {
582         return self.buddy_alloc(count);
583     }
584 
585     /// 释放一个块
586     ///
587     /// ## 参数
588     ///
589     /// - `base` - 块的起始地址
590     /// - `count` - 块的页数(必须是2的幂)
591     ///
592     /// ## Panic
593     ///
594     /// 如果count不是2的幂,会panic
595     unsafe fn free(&mut self, base: PhysAddr, count: PageFrameCount) {
596         // 要求count是2的幂
597         if unlikely(!count.data().is_power_of_two()) {
598             kwarn!("buddy free: count is not power of two");
599         }
600         let mut order = log2(count.data() as usize);
601         if count.data() & ((1 << order) - 1) != 0 {
602             order += 1;
603         }
604         let order = (order + MIN_ORDER) as u8;
605         // kdebug!("free: base={:?}, count={:?}", base, count);
606         self.buddy_free(base, order);
607     }
608 
609     unsafe fn usage(&self) -> PageFrameUsage {
610         let mut free_page_num: usize = 0;
611         for index in 0..(MAX_ORDER - MIN_ORDER) {
612             let mut pagelist: PageList<A> = Self::read_page(self.free_area[index]);
613             loop {
614                 free_page_num += pagelist.entry_num << index;
615                 if pagelist.next_page.is_null() {
616                     break;
617                 }
618                 pagelist = Self::read_page(pagelist.next_page);
619             }
620         }
621         let free = PageFrameCount::new(free_page_num);
622         PageFrameUsage::new(self.total - free, self.total)
623     }
624 }
625 
626 /// 一个用于计算整数的对数的函数,会向下取整。(由于内核不能进行浮点运算,因此需要这个函数)
627 fn log2(x: usize) -> usize {
628     let leading_zeros = x.leading_zeros() as usize;
629     let log2x = 63 - leading_zeros;
630     return log2x;
631 }
632