鴻蒙輕內(nèi)核M核源碼分析系列八 靜態(tài)內(nèi)存MemoryBox
想了解更多內(nèi)容,請(qǐng)?jiān)L問(wèn):
51CTO和華為官方合作共建的鴻蒙技術(shù)社區(qū)
內(nèi)存管理模塊管理系統(tǒng)的內(nèi)存資源,它是操作系統(tǒng)的核心模塊之一,主要包括內(nèi)存的初始化、分配以及釋放。
在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,內(nèi)存管理模塊通過(guò)對(duì)內(nèi)存的申請(qǐng)/釋放來(lái)管理用戶(hù)和OS對(duì)內(nèi)存的使用,使內(nèi)存的利用率和使用效率達(dá)到最優(yōu),同時(shí)最大限度地解決系統(tǒng)的內(nèi)存碎片問(wèn)題。
鴻蒙輕內(nèi)核的內(nèi)存管理分為靜態(tài)內(nèi)存管理和動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理,提供內(nèi)存初始化、分配、釋放等功能。
動(dòng)態(tài)內(nèi)存:在動(dòng)態(tài)內(nèi)存池中分配用戶(hù)指定大小的內(nèi)存塊。
- 優(yōu)點(diǎn):按需分配。
- 缺點(diǎn):內(nèi)存池中可能出現(xiàn)碎片。
靜態(tài)內(nèi)存:在靜態(tài)內(nèi)存池中分配用戶(hù)初始化時(shí)預(yù)設(shè)(固定)大小的內(nèi)存塊。
- 優(yōu)點(diǎn):分配和釋放效率高,靜態(tài)內(nèi)存池中無(wú)碎片。
- 缺點(diǎn):只能申請(qǐng)到初始化預(yù)設(shè)大小的內(nèi)存塊,不能按需申請(qǐng)。
本文主要分析鴻蒙輕內(nèi)核靜態(tài)內(nèi)存(Memory Box),后續(xù)系列會(huì)繼續(xù)分析動(dòng)態(tài)內(nèi)存。靜態(tài)內(nèi)存實(shí)質(zhì)上是一個(gè)靜態(tài)數(shù)組,靜態(tài)內(nèi)存池內(nèi)的塊大小在初始化時(shí)設(shè)定,初始化后塊大小不可變更。靜態(tài)內(nèi)存池由一個(gè)控制塊和若干相同大小的內(nèi)存塊構(gòu)成??刂茐K位于內(nèi)存池頭部,用于內(nèi)存塊管理。內(nèi)存塊的申請(qǐng)和釋放以塊大小為粒度。
本文通過(guò)分析靜態(tài)內(nèi)存模塊的源碼,幫助讀者掌握靜態(tài)內(nèi)存的使用。
接下來(lái),我們看下靜態(tài)內(nèi)存的結(jié)構(gòu)體,靜態(tài)內(nèi)存初始化,靜態(tài)內(nèi)存常用操作的源代碼。
1、靜態(tài)內(nèi)存結(jié)構(gòu)體定義和常用宏定義
1.1 靜態(tài)內(nèi)存結(jié)構(gòu)體定義
靜態(tài)內(nèi)存結(jié)構(gòu)體在文件kernel\include\los_membox.h中定義。源代碼如下,⑴處定義的是靜態(tài)內(nèi)存節(jié)點(diǎn)LOS_MEMBOX_NODE結(jié)構(gòu)體,⑵處定義的靜態(tài)內(nèi)存的結(jié)構(gòu)體池信息結(jié)構(gòu)體為L(zhǎng)OS_MEMBOX_INFO,,結(jié)構(gòu)體成員的解釋見(jiàn)注釋部分。
- ⑴ typedef struct tagMEMBOX_NODE {
- struct tagMEMBOX_NODE *pstNext; /**< 靜態(tài)內(nèi)存池中空閑節(jié)點(diǎn)指針,指向下一個(gè)空閑節(jié)點(diǎn) */
- } LOS_MEMBOX_NODE;
- ⑵ typedef struct LOS_MEMBOX_INFO {
- UINT32 uwBlkSize; /**< 靜態(tài)內(nèi)存池中空閑節(jié)點(diǎn)指針,指向下一個(gè)空閑節(jié)點(diǎn) */
- UINT32 uwBlkNum; /**< 靜態(tài)內(nèi)存池的內(nèi)存塊總數(shù)量 */
- UINT32 uwBlkCnt; /**< 靜態(tài)內(nèi)存池的已分配的內(nèi)存塊總數(shù)量 */
- #if (LOSCFG_PLATFORM_EXC == 1)
- struct LOS_MEMBOX_INFO *nextMemBox; /**< 指向下一個(gè)靜態(tài)內(nèi)存池 */
- #endif
- LOS_MEMBOX_NODE stFreeList; /**< 靜態(tài)內(nèi)存池的空閑內(nèi)存塊單向鏈表 */
- } LOS_MEMBOX_INFO;
對(duì)靜態(tài)內(nèi)存使用如下示意圖進(jìn)行說(shuō)明,對(duì)一塊靜態(tài)內(nèi)存區(qū)域,頭部是LOS_MEMBOX_INFO信息,接著是各個(gè)內(nèi)存塊,每塊內(nèi)存塊大小是uwBlkSize,包含內(nèi)存塊節(jié)點(diǎn)LOS_MEMBOX_NODE和內(nèi)存塊數(shù)據(jù)區(qū)??臻e內(nèi)存塊節(jié)點(diǎn)指向下一塊空閑內(nèi)存塊節(jié)點(diǎn)。
1.2 靜態(tài)內(nèi)存常用宏定義
靜態(tài)內(nèi)存頭文件中還提供了一些重要的宏定義。⑴處的LOS_MEMBOX_ALIGNED(memAddr)用于對(duì)齊內(nèi)存地址,⑵處OS_MEMBOX_NEXT(addr, blkSize)根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)內(nèi)存地址addr和內(nèi)存塊大小blkSize獲取下一個(gè)內(nèi)存塊的內(nèi)存地址。⑶處OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE表示內(nèi)存塊中節(jié)點(diǎn)頭大小,每個(gè)內(nèi)存塊包含內(nèi)存節(jié)點(diǎn)LOS_MEMBOX_NODE和存放業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)區(qū)。⑷處表示靜態(tài)內(nèi)存的總大小,包含內(nèi)存池信息結(jié)構(gòu)體占用的大小,和各個(gè)內(nèi)存塊占用的大小。
- ⑴ #define LOS_MEMBOX_ALIGNED(memAddr) (((UINTPTR)(memAddr) + sizeof(UINTPTR) - 1) & (~(sizeof(UINTPTR) - 1)))
- ⑵ #define OS_MEMBOX_NEXT(addr, blkSize) (LOS_MEMBOX_NODE *)(VOID *)((UINT8 *)(addr) + (blkSize))
- ⑶ #define OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE sizeof(LOS_MEMBOX_NODE)
- ⑷ #define LOS_MEMBOX_SIZE(blkSize, blkNum) \
- (sizeof(LOS_MEMBOX_INFO) + (LOS_MEMBOX_ALIGNED((blkSize) + OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE) * (blkNum)))
在文件kernel\src\mm\los_membox.c中也定義了一些宏和內(nèi)聯(lián)函數(shù)。⑴處定義OS_MEMBOX_MAGIC魔術(shù)字,這個(gè)32位的魔術(shù)字的后8位維護(hù)任務(wù)編號(hào)信息,任務(wù)編號(hào)位由⑵處的宏定義。⑶處宏定義任務(wù)編號(hào)的最大值,⑷處的宏從魔術(shù)字中提取任務(wù)編號(hào)信息。
⑸處內(nèi)聯(lián)函數(shù)設(shè)置魔術(shù)字,在內(nèi)存塊節(jié)點(diǎn)從靜態(tài)內(nèi)存池中分配出來(lái)后,節(jié)點(diǎn)指針.pstNext不再指向下一個(gè)空閑內(nèi)存塊節(jié)點(diǎn),而是設(shè)置為魔術(shù)字。⑹處的內(nèi)聯(lián)函數(shù)用于校驗(yàn)?zāi)g(shù)字。⑺處的宏根據(jù)內(nèi)存塊的節(jié)點(diǎn)地址獲取內(nèi)存塊的數(shù)據(jù)區(qū)地址,⑻處的宏根據(jù)內(nèi)存塊的數(shù)據(jù)區(qū)地址獲取內(nèi)存塊的節(jié)點(diǎn)地址。
- ⑴ #define OS_MEMBOX_MAGIC 0xa55a5a00
- ⑵ #define OS_MEMBOX_TASKID_BITS 8
- ⑶ #define OS_MEMBOX_MAX_TASKID ((1 << OS_MEMBOX_TASKID_BITS) - 1)
- ⑷ #define OS_MEMBOX_TASKID_GET(addr) (((UINTPTR)(addr)) & OS_MEMBOX_MAX_TASKID)
- ⑸ STATIC INLINE VOID OsMemBoxSetMagic(LOS_MEMBOX_NODE *node)
- {
- UINT8 taskID = (UINT8)LOS_CurTaskIDGet();
- node->pstNext = (LOS_MEMBOX_NODE *)(OS_MEMBOX_MAGIC | taskID);
- }
- ⑹ STATIC INLINE UINT32 OsMemBoxCheckMagic(LOS_MEMBOX_NODE *node)
- {
- UINT32 taskID = OS_MEMBOX_TASKID_GET(node->pstNext);
- if (taskID > (LOSCFG_BASE_CORE_TSK_LIMIT + 1)) {
- return LOS_NOK;
- } else {
- return (node->pstNext == (LOS_MEMBOX_NODE *)(OS_MEMBOX_MAGIC | taskID)) ? LOS_OK : LOS_NOK;
- }
- }
- ⑺ #define OS_MEMBOX_USER_ADDR(addr) \
- ((VOID *)((UINT8 *)(addr) + OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE))
- ⑻ #define OS_MEMBOX_NODE_ADDR(addr) \
- ((LOS_MEMBOX_NODE *)(VOID *)((UINT8 *)(addr) - OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE))
2、靜態(tài)內(nèi)存常用操作
當(dāng)用戶(hù)需要使用固定長(zhǎng)度的內(nèi)存時(shí),可以通過(guò)靜態(tài)內(nèi)存分配的方式獲取內(nèi)存,一旦使用完畢,通過(guò)靜態(tài)內(nèi)存釋放函數(shù)歸還所占用內(nèi)存,使之可以重復(fù)使用。
2.1 初始化靜態(tài)內(nèi)存池
我們分析下初始化靜態(tài)內(nèi)存池函數(shù)UINT32 LOS_MemboxInit(VOID *pool, UINT32 poolSize, UINT32 blkSize)的代碼。我們先看看函數(shù)參數(shù),VOID *pool是靜態(tài)內(nèi)存池的起始地址,UINT32 poolSize是初始化的靜態(tài)內(nèi)存池的總大小,poolSize需要小于等于*pool開(kāi)始的內(nèi)存區(qū)域的大小,否則會(huì)影響后面的內(nèi)存區(qū)域。還需要大于靜態(tài)內(nèi)存的頭部大小sizeof(LOS_MEMBOX_INFO)。長(zhǎng)度UINT32 blkSize是靜態(tài)內(nèi)存池中的每個(gè)內(nèi)存塊的塊大小。
我們看下代碼,⑴處對(duì)傳入?yún)?shù)進(jìn)行校驗(yàn)。⑵處設(shè)置靜態(tài)內(nèi)存池中每個(gè)內(nèi)存塊的實(shí)際大小,已內(nèi)存對(duì)齊,也算上內(nèi)存塊中節(jié)點(diǎn)信息。⑶處計(jì)算內(nèi)存池中內(nèi)存塊的總數(shù)量,然后設(shè)置已用內(nèi)存塊數(shù)量.uwBlkCnt為0。
⑷處如果可用的內(nèi)存塊為0,返回初始化失敗。⑸處獲取內(nèi)存池中的第一個(gè)空閑內(nèi)存塊節(jié)點(diǎn)。⑹處把空閑內(nèi)存塊掛載在靜態(tài)內(nèi)存池信息結(jié)構(gòu)體空閑內(nèi)存塊鏈表stFreeList.pstNext上,然后執(zhí)行⑺每個(gè)空閑內(nèi)存塊依次指向下一個(gè)空閑內(nèi)存塊,鏈接起來(lái)。
- UINT32 LOS_MemboxInit(VOID *pool, UINT32 poolSize, UINT32 blkSize)
- {
- LOS_MEMBOX_INFO *boxInfo = (LOS_MEMBOX_INFO *)pool;
- LOS_MEMBOX_NODE *node = NULL;
- UINT32 index;
- UINT32 intSave;
- ⑴ if (pool == NULL) {
- return LOS_NOK;
- }
- if (blkSize == 0) {
- return LOS_NOK;
- }
- if (poolSize < sizeof(LOS_MEMBOX_INFO)) {
- return LOS_NOK;
- }
- MEMBOX_LOCK(intSave);
- ⑵ boxInfo->uwBlkSize = LOS_MEMBOX_ALIGNED(blkSize + OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE);
- if (boxInfo->uwBlkSize == 0) {
- MEMBOX_UNLOCK(intSave);
- return LOS_NOK;
- }
- ⑶ boxInfo->uwBlkNum = (poolSize - sizeof(LOS_MEMBOX_INFO)) / boxInfo->uwBlkSize;
- boxInfo->uwBlkCnt = 0;
- ⑷ if (boxInfo->uwBlkNum == 0) {
- MEMBOX_UNLOCK(intSave);
- return LOS_NOK;
- }
- ⑸ node = (LOS_MEMBOX_NODE *)(boxInfo + 1);
- ⑹ boxInfo->stFreeList.pstNext = node;
- ⑺ for (index = 0; index < boxInfo->uwBlkNum - 1; ++index) {
- node->pstNext = OS_MEMBOX_NEXT(node, boxInfo->uwBlkSize);
- node = node->pstNext;
- }
- node->pstNext = NULL;
- #if (LOSCFG_PLATFORM_EXC == 1)
- OsMemBoxAdd(pool);
- #endif
- MEMBOX_UNLOCK(intSave);
- return LOS_OK;
}
2.2 清除靜態(tài)內(nèi)存塊內(nèi)容
我們可以使用函數(shù)VOID LOS_MemboxClr(VOID *pool, VOID *box)來(lái)清除靜態(tài)內(nèi)存塊中的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容,需要2個(gè)參數(shù),VOID *pool是初始化過(guò)的靜態(tài)內(nèi)存池地址。VOID *box是需要清除內(nèi)容的靜態(tài)內(nèi)存塊的數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址,注意這個(gè)不是內(nèi)存塊的節(jié)點(diǎn)地址,每個(gè)內(nèi)存塊的節(jié)點(diǎn)區(qū)不能清除。下面分析下源碼。
⑴處對(duì)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn),⑵處調(diào)用memset_s()函數(shù)把內(nèi)存塊的數(shù)據(jù)區(qū)寫(xiě)入0。寫(xiě)入的開(kāi)始地址是內(nèi)存塊的數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址VOID *box,寫(xiě)入長(zhǎng)度是數(shù)據(jù)區(qū)的長(zhǎng)度boxInfo->uwBlkSize - OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE。
- VOID LOS_MemboxClr(VOID *pool, VOID *box)
- {
- LOS_MEMBOX_INFO *boxInfo = (LOS_MEMBOX_INFO *)pool;
- ⑴ if ((pool == NULL) || (box == NULL)) {
- return;
- }
- ⑵ (VOID)memset_s(box, (boxInfo->uwBlkSize - OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE), 0,
- (boxInfo->uwBlkSize - OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE));
- }
2.3 申請(qǐng)、釋放靜態(tài)內(nèi)存
初始化靜態(tài)內(nèi)存池后,我們可以使用函數(shù)VOID *LOS_MemboxAlloc(VOID *pool)來(lái)申請(qǐng)靜態(tài)內(nèi)存,下面分析下源碼。
⑴處獲取靜態(tài)內(nèi)存池空閑內(nèi)存塊鏈表頭結(jié)點(diǎn),如果鏈表不為空,執(zhí)行⑵,把下一個(gè)可用節(jié)點(diǎn)賦值給nodeTmp。⑶處把鏈表頭結(jié)點(diǎn)執(zhí)行下一個(gè)的下一個(gè)鏈表節(jié)點(diǎn),然后執(zhí)行⑷把分配出來(lái)的內(nèi)存塊設(shè)置魔術(shù)字,接著把內(nèi)存池已用內(nèi)存塊數(shù)量加1。⑸處返回時(shí)調(diào)用宏OS_MEMBOX_USER_ADDR()計(jì)算出內(nèi)存塊的數(shù)據(jù)區(qū)域地質(zhì)。
- VOID *LOS_MemboxAlloc(VOID *pool)
- {
- LOS_MEMBOX_INFO *boxInfo = (LOS_MEMBOX_INFO *)pool;
- LOS_MEMBOX_NODE *node = NULL;
- LOS_MEMBOX_NODE *nodeTmp = NULL;
- UINT32 intSave;
- if (pool == NULL) {
- return NULL;
- }
- MEMBOX_LOCK(intSave);
- ⑴ node = &(boxInfo->stFreeList);
- if (node->pstNext != NULL) {
- ⑵ nodeTmp = node->pstNext;
- ⑶ node->pstNext = nodeTmp->pstNext;
- ⑷ OsMemBoxSetMagic(nodeTmp);
- boxInfo->uwBlkCnt++;
- }
- MEMBOX_UNLOCK(intSave);
- ⑸ return (nodeTmp == NULL) ? NULL : OS_MEMBOX_USER_ADDR(nodeTmp);
- }
對(duì)申請(qǐng)的內(nèi)存塊使用完畢,我們可以使用函數(shù)UINT32 LOS_MemboxFree(VOID *pool, VOID *box)來(lái)釋放靜態(tài)內(nèi)存,需要2個(gè)參數(shù),VOID *pool是初始化過(guò)的靜態(tài)內(nèi)存池地址。VOID *box是需要釋放的靜態(tài)內(nèi)存塊的數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址,注意這個(gè)不是內(nèi)存塊的節(jié)點(diǎn)地址。下面分析下源碼。
⑴處根據(jù)待釋放的內(nèi)存塊的數(shù)據(jù)區(qū)域地址獲取節(jié)點(diǎn)地址node,⑵對(duì)要釋放的內(nèi)存塊先進(jìn)行校驗(yàn)。⑶處把要釋放的內(nèi)存塊掛在內(nèi)存池空閑內(nèi)存塊鏈表上,然后執(zhí)行⑷把已用數(shù)量減1。
- LITE_OS_SEC_TEXT UINT32 LOS_MemboxFree(VOID *pool, VOID *box)
- {
- LOS_MEMBOX_INFO *boxInfo = (LOS_MEMBOX_INFO *)pool;
- UINT32 ret = LOS_NOK;
- UINT32 intSave;
- if ((pool == NULL) || (box == NULL)) {
- return LOS_NOK;
- }
- MEMBOX_LOCK(intSave);
- do {
- ⑴ LOS_MEMBOX_NODE *node = OS_MEMBOX_NODE_ADDR(box);
- ⑵ if (OsCheckBoxMem(boxInfo, node) != LOS_OK) {
- break;
- }
- ⑶ node->pstNext = boxInfo->stFreeList.pstNext;
- boxInfo->stFreeList.pstNext = node;
- ⑷ boxInfo->uwBlkCnt--;
- ret = LOS_OK;
- } while (0);
- MEMBOX_UNLOCK(intSave);
- return ret;
- }
接下來(lái),我們?cè)倏纯葱r?yàn)函數(shù)OsCheckBoxMem()。⑴如果內(nèi)存池的塊大小為0,返回校驗(yàn)失敗。⑵處計(jì)算出要釋放的內(nèi)存快節(jié)點(diǎn)相對(duì)第一個(gè)內(nèi)存塊節(jié)點(diǎn)的偏移量offset。⑶如果偏移量除以?xún)?nèi)存塊數(shù)量余數(shù)不為0,返回校驗(yàn)失敗。⑷如果偏移量除以?xún)?nèi)存塊數(shù)量的商大于等于內(nèi)存塊的數(shù)量,返回校驗(yàn)失敗。⑸調(diào)用宏OsMemBoxCheckMagic校驗(yàn)?zāi)g(shù)字。
- STATIC INLINE UINT32 OsCheckBoxMem(const LOS_MEMBOX_INFO *boxInfo, const VOID *node)
- {
- UINT32 offset;
- ⑴ if (boxInfo->uwBlkSize == 0) {
- return LOS_NOK;
- }
- ⑵ offset = (UINT32)((UINTPTR)node - (UINTPTR)(boxInfo + 1));
- ⑶ if ((offset % boxInfo->uwBlkSize) != 0) {
- return LOS_NOK;
- }
- ⑷ if ((offset / boxInfo->uwBlkSize) >= boxInfo->uwBlkNum) {
- return LOS_NOK;
- }
- ⑸ return OsMemBoxCheckMagic((LOS_MEMBOX_NODE *)node);
- }
小結(jié)
本文帶領(lǐng)大家一起剖析了鴻蒙輕內(nèi)核的靜態(tài)內(nèi)存模塊的源代碼,包含靜態(tài)內(nèi)存的結(jié)構(gòu)體、靜態(tài)內(nèi)存池初始化、靜態(tài)內(nèi)存申請(qǐng)、釋放、清除內(nèi)容等。后續(xù)也會(huì)陸續(xù)推出更多的分享文章,敬請(qǐng)期待。
想了解更多內(nèi)容,請(qǐng)?jiān)L問(wèn):
51CTO和華為官方合作共建的鴻蒙技術(shù)社區(qū)