汇编：没有 malloc 和系统调用的动态内存分配？ [FreeDOS 应用程序]答案

【问题标题】：Assembly: dynamic memory allocation without malloc and syscalls? [FreeDOS application]汇编：没有 malloc 和系统调用的动态内存分配？ [FreeDOS 应用程序]
【发布时间】：2019-11-10 00:01:32
【问题描述】：

我的问题是关于汇编中动态内存分配的逻辑（特别是 MASM）。关于这个主题有很多文章，它们都依赖于 malloc 或 brk 的使用。但是，根据我的理解，作为 C 语言一部分的 malloc 必须（或可以）肯定是用汇编编写的。 brk 的同义词，因为它是操作系统的一部分，因此也是用 C 编写的，可以通过汇编进行 1 对 1 的替换。很久很久以前，我在 PCMag 上看到一篇关于在 MS-DOS 中使用纯 asm 进行动态内存分配的文章。不幸的是，我已经失去了这篇精彩作品的所有痕迹。现在我正在使用 FreeDOS（可精确启动的 FreeDOS 闪存卡），并且想知道如果有人决定编写自己的内存分配器，该怎么办？不依赖操作系统机制的内存分配的出发点和逻辑是什么？

【问题讨论】：

您的“纯 asm”示例可能依赖于中断或其他东西。要么，要么他们分配自己的大型静态内存块，并将其用作他们的堆，从中分配他们自己的“动态”块。程序集有一个非常静态的内存视图，因此您的自定义 malloc 实现将依赖于某种系统调用/中断，或者只是作为目标文件（BSS/数据段）的一部分分配的大型静态内存块
你在这里缺少的是，如果你不使用 FreeDOS 的分配器，你将不知道 FreeDOS（和其他东西）已经分配了哪些内存，而 FreeDOS 也不知道你的内存是多少已分配。您可以做的是使用 FreeDOS 分配一大块内存，然后使用您自己的分配器对其进行子分配。请注意，您不能只自己编写 brk()，因为在 Unix 类型的系统上，它是一个将内存映射到进程的系统调用，这需要在内核中完成。换句话说，要在最低级别执行内存分配，您需要编写自己的操作系统。
@prushik ：不，您不一定可以访问所有内存，除非您想破坏 MS-DOS 和其他应用程序，使系统无法使用。通常 DOS 程序会为 HEAP 操作请求超出程序最低要求的额外内存。顺便说一句，我最近写了一个有关加载时 MS-DOS 分配的一些相关的 SO 答案。 stackoverflow.com/a/56747280/3857942 。你可以为你的堆请求可用空间，然后你写一个分配器（malloc/free）来使用你从 MS-DOS 请求的内存块。
因为中断都是由 BIOS 提供的 - 不，DOS 系统调用的 ABI 是 int 21h 和 AH= call number。 BIOS 使用几个不同的中断号，但它不是唯一可以通过软件中断调用的东西。
当然，DOS 中的程序在编写时都知道它们被分配了哪些内存。所有程序都可以在任何地方编写，但为了发挥功能，它们通常会尝试相互配合。这通常意味着不要随意走遍 MS-DOS 和其他应用程序。你想要你请求的内存。你的内存太多了，你还给它。

标签： assembly dos heap-memory dynamic-memory-allocation x86-16

【解决方案1】：

当 DOS 加载一个 .COM 程序时，它会将 640KB 区域（0a000h:00000h 以下）的所有可用内存分配给程序，程序可以管理自己的内存。如果希望使用 MSDOS 内存管理，程序首先必须使用INT 21H, AH=49H, ES=segment, BX=# paragraphs 释放内存。然后它可以使用INT 21H, AH=48H, BX=# paragraphs 来分配内存。

如 cmets 中所述，.EXE 程序可能会也可能不会分配 640KB 区域中的所有内存。

示例 .COM 汇编代码，用于释放，然后分配所有可用内存。 MSDOS 通常会消耗 16 个字节的开销。在此示例中，BX 设置为代码末尾，然后设置为下一段边界，即代码末尾之后 256 个字节以用作堆栈空间。此堆栈的末尾是INT 21H, AH=4AH 调用释放的内存的基数。

        .286
        .model  tiny,c
        .code
        org     0100h
;       cs,ds,es,ss = program segment prefix, sp = 0fffeh
start:  mov     bx,offset cdend         ;set bx=end stack
        add     bx,0010fh
        and     bx,0fff0h
        mov     sp,bx                   ;sp = new end of stack
        mov     cl,4                    ;release memory
        shr     bx,cl
        mov     ax,04a00h
        int     21h
        mov     ax,04800h               ;set bx = available memory
        mov     bx,0ffffh
        int     21h
        mov     ax,04800h               ;allocate all of it
        int     21h                     ; returns segment in ax
exit:   mov     ax,04c00h               ;exit
        int     21h
cdend:
        end     start

【讨论】：

EXE 程序存在例外情况，即在加载时不会请求分配所有内存。这取决于用于生成可执行文件的工具或 EXEMOD 程序的使用。碰巧许多工具使用 MAXALLOC 值 0xffff 具有分配所有内存的效果。 COM 程序虽然总是被分配所有的内存。内存的限制也有所不同，并且由于各种原因可能高于或低于 A000。为程序分配内存后的段落可以在 PSP 中的偏移量 0x0002 处找到
在这个 SO 答案中讨论了其中一些事情：stackoverflow.com/a/56747280/3857942
@MichaelPetch：我认为这个问题需要一种“存根”答案，以解决问题中明显的误解（您可以忽略 DOS 并且不进行任何 DOS 系统调用）并链接到您的答案完整的细节。它不是完全重复的。
MS-DOS 也只分配可用的最大空闲内存块。虽然通常不太可能，但可能存在现有分配使传统内存碎片化。更有可能的是，EBDA 可以使用传统内存末端的内存。 TSR 和设备驱动程序有时也会在常规内存的末尾分配内存以避免碎片。
@rossridge : DOS 做的另一件事...如果程序在 EXE 的 MZ 标头中有 MINALLOC=MACALLOC=0 DOS 将尝试将程序加载到可用内存的顶部，而不是比底部