memory allocator

nel_os_bootloader/qemu.log

@@ -0,0 +1,56 @@
+CPU Reset (CPU 0)
+EAX=00000000 EBX=00000000 ECX=00000000 EDX=00000000
+ESI=00000000 EDI=00000000 EBP=00000000 ESP=00000000
+EIP=00000000 EFL=00000000 [-------] CPL=0 II=0 A20=0 SMM=0 HLT=0
+ES =0000 00000000 00000000 00000000
+CS =0000 00000000 00000000 00000000
+SS =0000 00000000 00000000 00000000
+DS =0000 00000000 00000000 00000000
+FS =0000 00000000 00000000 00000000
+GS =0000 00000000 00000000 00000000
+LDT=0000 00000000 00000000 00000000
+TR =0000 00000000 00000000 00000000
+GDT=     00000000 00000000
+IDT=     00000000 00000000
+CR0=00000000 CR2=00000000 CR3=00000000 CR4=00000000
+DR0=0000000000000000 DR1=0000000000000000 DR2=0000000000000000 DR3=0000000000000000 
+DR6=0000000000000000 DR7=0000000000000000
+CCS=00000000 CCD=00000000 CCO=DYNAMIC
+EFER=0000000000000000
+FCW=0000 FSW=0000 [ST=0] FTW=ff MXCSR=00000000
+FPR0=0000000000000000 0000 FPR1=0000000000000000 0000
+FPR2=0000000000000000 0000 FPR3=0000000000000000 0000
+FPR4=0000000000000000 0000 FPR5=0000000000000000 0000
+FPR6=0000000000000000 0000 FPR7=0000000000000000 0000
+XMM00=0000000000000000 0000000000000000 XMM01=0000000000000000 0000000000000000
+XMM02=0000000000000000 0000000000000000 XMM03=0000000000000000 0000000000000000
+XMM04=0000000000000000 0000000000000000 XMM05=0000000000000000 0000000000000000
+XMM06=0000000000000000 0000000000000000 XMM07=0000000000000000 0000000000000000
+CPU Reset (CPU 0)
+EAX=00000000 EBX=00000000 ECX=00000000 EDX=00060fb1
+ESI=00000000 EDI=00000000 EBP=00000000 ESP=00000000
+EIP=0000fff0 EFL=00000002 [-------] CPL=0 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0
+ES =0000 00000000 0000ffff 00009300
+CS =f000 ffff0000 0000ffff 00009b00
+SS =0000 00000000 0000ffff 00009300
+DS =0000 00000000 0000ffff 00009300
+FS =0000 00000000 0000ffff 00009300
+GS =0000 00000000 0000ffff 00009300
+LDT=0000 00000000 0000ffff 00008200
+TR =0000 00000000 0000ffff 00008b00
+GDT=     00000000 0000ffff
+IDT=     00000000 0000ffff
+CR0=60000010 CR2=00000000 CR3=00000000 CR4=00000000
+DR0=0000000000000000 DR1=0000000000000000 DR2=0000000000000000 DR3=0000000000000000 
+DR6=00000000ffff0ff0 DR7=0000000000000400
+CCS=00000000 CCD=00000000 CCO=DYNAMIC
+EFER=0000000000000000
+FCW=037f FSW=0000 [ST=0] FTW=00 MXCSR=00001f80
+FPR0=0000000000000000 0000 FPR1=0000000000000000 0000
+FPR2=0000000000000000 0000 FPR3=0000000000000000 0000
+FPR4=0000000000000000 0000 FPR5=0000000000000000 0000
+FPR6=0000000000000000 0000 FPR7=0000000000000000 0000
+XMM00=0000000000000000 0000000000000000 XMM01=0000000000000000 0000000000000000
+XMM02=0000000000000000 0000000000000000 XMM03=0000000000000000 0000000000000000
+XMM04=0000000000000000 0000000000000000 XMM05=0000000000000000 0000000000000000
+XMM06=0000000000000000 0000000000000000 XMM07=0000000000000000 0000000000000000

nel_os_kernel/src/main.rs

@@ -1,6 +1,8 @@
 #![no_std]
 #![no_main]
 
+extern crate alloc;
+
 pub mod allocator;
 pub mod constant;
 pub mod logging;
@@ -8,6 +10,8 @@ pub mod memory;
 pub mod paging;
 pub mod serial;
 
+use alloc::vec;
+
 use core::arch::asm;
 use core::panic::PanicInfo;
 use core::ptr::addr_of;
@@ -17,7 +21,6 @@ use x86_64::{structures::paging::OffsetPageTable, VirtAddr};
 use crate::{
     constant::{BANNER, KERNEL_STACK_SIZE, PKG_VERSION},
     memory::BitmapMemoryTable,
-    paging::get_active_level_4_table,
 };
 
 #[repr(C, align(16))]
@@ -107,5 +110,9 @@ pub extern "sysv64" fn main(usable_memory: &nel_os_common::memory::UsableMemory)
 
     allocator::init_heap(&mut mapper, &mut bitmap_table).unwrap();
 
+    let mut test_vec = vec![1, 2, 3, 4, 9];
+    test_vec.push(10);
+    info!("Vector test: {:?}", test_vec);
+
     hlt_loop();
 }

nel_os_kernel/src/paging.rs

@@ -13,7 +13,7 @@ pub fn init_page_table(frame_allocator: &mut impl FrameAllocator<Size4KiB>) -> *
     let (lv4_frame, lv4_table) = new_page_table(frame_allocator);
     let (lv3_frame, lv3_table) = new_page_table(frame_allocator);
 
-    let base_flags = PageTableFlags::PRESENT | PageTableFlags::WRITABLE | PageTableFlags::GLOBAL;
+    let base_flags = PageTableFlags::PRESENT | PageTableFlags::WRITABLE | PageTableFlags::ACCESSED;
 
     let lv4: &mut PageTable = unsafe { &mut *lv4_table };
 

nel_os_kernel/triple_fault_fix.md

@@ -0,0 +1,97 @@
+# Triple Fault 修正内容
+
+## 問題の概要
+`paging::initialize()`関数を実行するとQEMUがトリプルフォルトで落ちる問題が発生していました。
+
+## 原因
+1. **カーネルの仮想アドレスを物理アドレスとして使用**
+   - 静的変数のページテーブルのアドレスをそのまま物理アドレスとして扱っていた
+   - カーネルは0x100000付近の仮想アドレスで動作しているが、これは物理アドレスではない
+
+2. **物理アドレス0x0の使用**
+   - ビットマップメモリアロケータが最初の1MBを予約していなかった
+   - 物理アドレス0x0にページテーブルを配置しようとしてトリプルフォルト
+
+3. **不十分なメモリマッピング範囲**
+   - 最初は4GBまでしかマッピングしていなかった
+   - ヒープが5GB付近に配置されたためページフォルトが発生
+
+## 修正内容
+
+### 1. ビットマップメモリアロケータの修正 (memory.rs)
+```rust
+// 最初の1MB（256ページ）を予約
+const RESERVED_PAGES: usize = 256; // 1MB / 4KB
+
+let mut table = Self {
+    used_map,
+    start: RESERVED_PAGES,  // 0ではなく256から開始
+    end: usize::MAX,
+};
+
+// 最初の1MBを明示的に予約済みとしてマーク
+for i in 0..RESERVED_PAGES {
+    table.set_frame(i, false);
+}
+```
+
+### 2. ページテーブル初期化の修正 (paging.rs)
+```rust
+// 静的変数を削除し、動的に物理メモリを確保
+pub unsafe fn initialize(bitmap_table: &mut BitmapMemoryTable) -> PhysFrame {
+    let new_frame = unsafe { initialize_identity_mapping(bitmap_table) };
+    // ...
+}
+
+unsafe fn initialize_identity_mapping(bitmap_table: &mut BitmapMemoryTable) -> PhysFrame {
+    // 物理フレームを動的に確保
+    let pml4_frame = bitmap_table.allocate_frame().expect("Failed to allocate PML4 frame");
+    let pml4_addr = pml4_frame.start_address().as_u64();
+    let pml4_table = unsafe { &mut *(pml4_addr as *mut PageTable) };
+    *pml4_table = PageTable::new();
+    
+    // PDPテーブルも同様に確保
+    let pdp_frame = bitmap_table.allocate_frame().expect("Failed to allocate PDP frame");
+    // ...
+}
+```
+
+### 3. メモリマッピング範囲の拡張
+```rust
+// 4GBから64GBへ拡張
+// Create identity mapping for first 64GB (64 PDP entries, each covering 1GB)
+for i in 0..64 {
+    // 各1GBエントリに対してページディレクトリを作成
+    // ...
+}
+```
+
+### 4. main.rsの修正
+```rust
+// bitmap_tableをpaging::initialize()に渡す
+let mut mapper = {
+    unsafe { paging::initialize(&mut bitmap_table) };
+    let lv4_table = get_active_level_4_table();
+    unsafe { OffsetPageTable::new(lv4_table, VirtAddr::new(0x0)) }
+};
+```
+
+### 5. unsafe操作の適切な処理
+```rust
+// unsafe操作をunsafeブロックで囲む
+let new_frame = unsafe { initialize_identity_mapping(bitmap_table) };
+
+// raw constを使用してmutable staticへの参照を作成
+PML4_TABLE[0].set_frame(phys_frame(&raw const PDP_TABLE), flags);
+```
+
+## 結果
+- 物理メモリアロケータが正しく0x208000から物理フレームを割り当てるようになった
+- 64GBまでの恒等マッピングにより、5GB付近のヒープアクセスも成功
+- トリプルフォルトが解消され、カーネルが正常に動作するようになった
+
+## 学んだこと
+1. カーネルの仮想アドレスと物理アドレスを区別することの重要性
+2. 低位メモリ（0-1MB）は予約領域として扱うべき
+3. ページテーブルのマッピング範囲は使用するメモリ全体をカバーする必要がある
+4. UEFIは恒等マッピングを提供しているため、物理アドレスへの直接アクセスが可能