Lab 004 · Buddy PMM 与 Slab 验证

对应 document/book/13-memory-advanced/004/。验证档 B 档(分配器重构)。验证靠构建 + 测试 + grep + 分配密度。

目标

确认四件事:

1. BuddyAllocator(per-order,非侵入式 bitmap free-list)在;
2. SlabAllocator + kmalloc/kfree 在,operator new 转过去;
3. heap.{hpp,cpp} 已删,crt_stub.cpp include 换成 slab;
4. 三个 GOTCHA 的修复都在(别 map direct-map、bitmap 非侵入式、page_cache 按 inode 键控)。

步骤

1. 构建 + 测试

git checkout 004_mm_buddy_slab 2>/dev/null || git checkout 004_*
cmake -B build -S . && cmake --build build -j$(nproc) > /tmp/b.log 2>&1; echo "build=$?"
cmake --build build --target run-kernel-test

期望:build=0;run-kernel-test + host test_slab/test_kmalloc 全绿。

2. 分配器在位 + heap 删除

grep -n 'class BuddyAllocator' kernel/mm/buddy.hpp
grep -n 'class SlabAllocator\|void\* kmalloc\|void kfree' kernel/mm/slab.hpp
ls kernel/mm/heap.* 2>/dev/null && echo "heap 还在!" || echo "heap 已删 ✓"
grep -n 'slab.hpp\|kmalloc' kernel/arch/x86_64/crt_stub.cpp

思考:operator new 为什么不显式调 kmalloc?——见章节:类专属 operator new/delete 重载(Task/VMA/CachedPage 各加 4 重载),new T 自动路由到专用缓存,无调用点改动。

3. 三个 GOTCHA 的修复

# GOTCHA#13:DmaPool::alloc 不该再 map direct-map(应删了 vmm.map)
grep -nE 'vmm\.map|VMM::map' kernel/drivers/dma/dma_pool.cpp
# 期望:alloc 路径无 map(direct-map 已被 loader 永久映射)
# GOTCHA#14:buddy 用 bitmap 非侵入式(不该把 next 写进 free 页)
grep -nE 'bitmap|find_first_set' kernel/mm/buddy.hpp kernel/mm/buddy.cpp | head
# GOTCHA#15:page_cache 按 inode 键控(非物理页地址)
grep -nE 'Inode\*|ino' kernel/mm/page_cache.hpp | head

4.(指标)分配密度

去看专用缓存的 slab 利用率:Task 1008B → 4 个/slab(旧 1024 档 3 个),VMA 56B → 72 个/slab(旧 64 档 63 个)。同 4KB 页塞更多对象 = 碎片下降的直接证据。

验收清单

• [ ] 构建 build=0,内核 + host 测试全绿。
• [ ] BuddyAllocator + SlabAllocator + kmalloc/kfree 在。
• [ ] heap.* 已删,crt_stub.cpp 走 slab。
• [ ] 三个 GOTCHA 修复在位。
• [ ] 能说清「为什么 buddy 不能侵入式写 free 页(GOTCHA#14)」「为什么 DmaPool 不能 map direct-map(GOTCHA#13)」。

别做这些

• 别在 direct-map huge 窗口(PML4[272])里写 sub-page——nested-KVM EPT 写读不一致(GOTCHA#14)。slab 页用 KMEM_SLAB 区(PML4[256])4K 映射。
• 别给 DmaPool 的 direct-map 分配加 vmm.map——huge-split 破坏全局 direct-map(GOTCHA#13)。
• 别让 page_cache 按物理页地址键控——slab 复用物理页会陈旧命中(GOTCHA#15),按 inode 键。