RustでOSを書く

この記事ではページングを紹介します。これは、私達のオペレーティングシステムにも使う、とても一般的なメモリ管理方式です。なぜメモリの分離が必要なのか、セグメンテーションがどういう仕組みなのか、仮想メモリとは何なのか、ページングがいかにしてメモリ断片化 (フラグメンテーション) の問題を解決するのかを説明します。また、x86_64アーキテクチャにおける、マルチレベルページテーブルのレイアウトについても説明します。

この記事では私達のカーネルをページングに対応させる方法についてお伝えします。まずページテーブルの物理フレームにカーネルがアクセスできるようにする様々な方法を示し、それらの利点と欠点について議論します。次にアドレス変換関数を、ついで新しい対応付け (マッピング) を作るための関数を実装します。

この記事では、私たちのカーネルにヒープ割り当て (アロケーション) の機能を追加します。まず動的メモリの基礎を説明し、どのようにして借用チェッカがありがちなアロケーションエラーを防いでくれるのかを示します。その後Rustの基本的なアロケーションインターフェースを実装し、ヒープメモリ領域を作成し、アロケータクレートを設定します。この記事を終える頃には、Rustに組み込みのallocクレートのすべてのアロケーション・コレクション型が私たちのカーネルで利用可能になっているでしょう。

この記事ではヒープアロケータをゼロから実装する方法を説明します。バンプアロケータ、連結リストアロケータ、固定サイズブロックアロケータなどの様々なアロケータの設計を示し、それらについて議論します。3つそれぞれのデザインについて、私たちのカーネルに使える基礎的な実装を作ります。