🚩 核心目標

今天的任務是在昨天建立的虛擬內存管理（VMM）之上，構建一個 1MB 大小的內核堆疊 (Kernel Heap)。透過實作 kmalloc 與 kfree，內核現在具備了動態申請與釋放任意大小內存塊的能力，這標誌著 SmallOS 擁有了靈活管理資源的「大腦」。

1. 基礎理論：堆疊分配器的鏈表模型

在內核中，我們不能直接使用頁級分配（4KB）來處理細微的數據結構。我們需要一個分配器來管理一塊連續的虛擬空間（本階段為 1MB）。

數據結構：內存塊描述符

我們使用雙向鏈表來追蹤堆疊中的每一塊內存。每一塊內存都有一個頭部（Header），記錄了：

• Size: 塊的大小。
• Is Free: 標記該塊是否可用。
• Next / Prev: 指向前後塊的指針。

2. 代碼實作：kmalloc 與 kfree

2.1 分配策略 (Allocation)

當調用 kmalloc 時，分配器會遍歷鏈表尋找足夠大的空閒塊。

• Best Fit / First Fit: 我們採用了遍歷策略。
• Split (分割)：如果找到的塊遠大於所需大小，我們會將其「一分為二」，一部分給用戶，剩下的留在鏈表中作為新的空閒塊。

2.2 釋放與合併策略 (Free & Merge)

kfree 的核心挑戰在於防止記憶體碎片化（Fragmentation）。

• 向後合併：當一個塊被釋放時，我們會檢查它的後繼塊。如果後繼塊也是空閒的，就將它們合併成一個大塊。
• 全域合併 (Emergency Coalescing)：如果一次 kmalloc 請求因為找不到足夠大的連續空間而失敗，我們會啟動全內存掃描，嘗試將所有相鄰的空閒塊重新合併，以最大化連續可用空間。