解析鸿蒙轻内核静态内存的使用

一、前言

内存管理模块管理系统的内存资源,它是操作系统的核心模块之一,主要包括内存的初始化、分配以及释放。

在系统运行过程中,内存管理模块通过对内存的申请/释放来管理用户和OS对内存的使用,使内存的利用率和使用效率达到最优,同时最大限度地解决系统的内存碎片问题。

鸿蒙轻内核的内存管理分为静态内存管理和动态内存管理,提供内存初始化、分配、释放等功能。

动态内存:在动态内存池中分配用户指定大小的内存块。

  • 优点:按需分配。
  • 缺点:内存池中可能出现碎片。

静态内存:在静态内存池中分配用户初始化时预设(固定)大小的内存块。

  • 优点:分配和释放效率高,静态内存池中无碎片。
  • 缺点:只能申请到初始化预设大小的内存块,不能按需申请。

本文主要分析鸿蒙轻内核静态内存(Memory Box),后续系列会继续分析动态内存。静态内存实质上是一个静态数组,静态内存池内的块大小在初始化时设定,初始化后块大小不可变更。静态内存池由一个控制块和若干相同大小的内存块构成。控制块位于内存池头部,用于内存块管理。内存块的申请和释放以块大小为粒度。

本文通过分析静态内存模块的源码,帮助读者掌握静态内存的使用。本文中所涉及的源码,以OpenHarmony LiteOS-M内核为例,均可以在开源站点https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m获取。

接下来,我们看下静态内存的结构体,静态内存初始化,静态内存常用操作的源代码。

二、静态内存结构体定义和常用宏定义

2.1、静态内存结构体定义

静态内存结构体在文件kernel\include\los_membox.h中定义。源代码如下,⑴处定义的是静态内存节点LOS_MEMBOX_NODE结构体,⑵处定义的静态内存的结构体池信息结构体为LOS_MEMBOX_INFO,,结构体成员的解释见注释部分。

⑴ typedef struct tagMEMBOX_NODE {

struct tagMEMBOX_NODE *pstNext; /**< 静态内存池中空闲节点指针,指向下一个空闲节点 */

} LOS_MEMBOX_NODE;

⑵ typedef struct LOS_MEMBOX_INFO {

UINT32 uwBlkSize; /**< 静态内存池中空闲节点指针,指向下一个空闲节点 */

UINT32 uwBlkNum; /**< 静态内存池的内存块总数量 */

UINT32 uwBlkCnt; /**< 静态内存池的已分配的内存块总数量 */

#if (LOSCFG_PLATFORM_EXC == 1)

struct LOS_MEMBOX_INFO *nextMemBox; /**< 指向下一个静态内存池 */

#endif

LOS_MEMBOX_NODE stFreeList; /**< 静态内存池的空闲内存块单向链表 */

} LOS_MEMBOX_INFO;

对静态内存使用如下示意图进行说明,对一块静态内存区域,头部是LOS_MEMBOX_INFO信息,接着是各个内存块,每块内存块大小是uwBlkSize,包含内存块节点LOS_MEMBOX_NODE和内存块数据区。空闲内存块节点指向下一块空闲内存块节点。

2.2、静态内存常用宏定义

静态内存头文件中还提供了一些重要的宏定义。⑴处的LOS_MEMBOX_ALIGNED(memAddr)用于对齐内存地址,⑵处OS_MEMBOX_NEXT(addr, blkSize)根据当前节点内存地址addr和内存块大小blkSize获取下一个内存块的内存地址。⑶处OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE表示内存块中节点头大小,每个内存块包含内存节点LOS_MEMBOX_NODE和存放业务的数据区。⑷处表示静态内存的总大小,包含内存池信息结构体占用的大小,和各个内存块占用的大小。

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中也定义了一些宏和内联函数。⑴处定义OS_MEMBOX_MAGIC魔术字,这个32位的魔术字的后8位维护任务编号信息,任务编号位由⑵处的宏定义。⑶处宏定义任务编号的最大值,⑷处的宏从魔术字中提取任务编号信息。

⑸处内联函数设置魔术字,在内存块节点从静态内存池中分配出来后,节点指针.pstNext不再指向下一个空闲内存块节点,而是设置为魔术字。⑹处的内联函数用于校验魔术字。⑺处的宏根据内存块的节点地址获取内存块的数据区地址,⑻处的宏根据内存块的数据区地址获取内存块的节点地址。

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))

三、静态内存常用操作

当用户需要使用固定长度的内存时,可以通过静态内存分配的方式获取内存,一旦使用完毕,通过静态内存释放函数归还所占用内存,使之可以重复使用。

3.1、初始化静态内存池

我们分析下初始化静态内存池函数UINT32 LOS_MemboxInit(VOID *pool, UINT32 poolSize, UINT32 blkSize)的代码。我们先看看函数参数,VOID *pool是静态内存池的起始地址,UINT32 poolSize是初始化的静态内存池的总大小,poolSize需要小于等于*pool开始的内存区域的大小,否则会影响后面的内存区域。还需要大于静态内存的头部大小sizeof(LOS_MEMBOX_INFO)。长度UINT32 blkSize是静态内存池中的每个内存块的块大小。

我们看下代码,⑴处对传入参数进行校验。⑵处设置静态内存池中每个内存块的实际大小,已内存对齐,也算上内存块中节点信息。⑶处计算内存池中内存块的总数量,然后设置已用内存块数量.uwBlkCnt为0。

⑷处如果可用的内存块为0,返回初始化失败。⑸处获取内存池中的第一个空闲内存块节点。⑹处把空闲内存块挂载在静态内存池信息结构体空闲内存块链表stFreeList.pstNext上,然后执行⑺每个空闲内存块依次指向下一个空闲内存块,链接起来。

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;

}

3.2、清除静态内存块内容

我们可以使用函数VOID LOS_MemboxClr(VOID *pool, VOID *box)来清除静态内存块中的数据区内容,需要2个参数,VOID *pool是初始化过的静态内存池地址。VOID *box是需要清除内容的静态内存块的数据区的起始地址,注意这个不是内存块的节点地址,每个内存块的节点区不能清除。下面分析下源码。

⑴处对参数进行校验,⑵处调用memset_s()函数把内存块的数据区写入0。写入的开始地址是内存块的数据区的起始地址VOID *box,写入长度是数据区的长度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));

}

3.3、申请、释放静态内存

初始化静态内存池后,我们可以使用函数VOID *LOS_MemboxAlloc(VOID *pool)来申请静态内存,下面分析下源码。

⑴处获取静态内存池空闲内存块链表头结点,如果链表不为空,执行⑵,把下一个可用节点赋值给nodeTmp。⑶处把链表头结点执行下一个的下一个链表节点,然后执行⑷把分配出来的内存块设置魔术字,接着把内存池已用内存块数量加1。⑸处返回时调用宏OS_MEMBOX_USER_ADDR()计算出内存块的数据区域地质。

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);

}

对申请的内存块使用完毕,我们可以使用函数UINT32 LOS_MemboxFree(VOID *pool, VOID *box)来释放静态内存,需要2个参数,VOID *pool是初始化过的静态内存池地址。VOID *box是需要释放的静态内存块的数据区的起始地址,注意这个不是内存块的节点地址。下面分析下源码。

⑴处根据待释放的内存块的数据区域地址获取节点地址node,⑵对要释放的内存块先进行校验。⑶处把要释放的内存块挂在内存池空闲内存块链表上,然后执行⑷把已用数量减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;

}

接下来,我们再看看校验函数OsCheckBoxMem()。⑴如果内存池的块大小为0,返回校验失败。⑵处计算出要释放的内存快节点相对第一个内存块节点的偏移量offset。⑶如果偏移量除以内存块数量余数不为0,返回校验失败。⑷如果偏移量除以内存块数量的商大于等于内存块的数量,返回校验失败。⑸调用宏OsMemBoxCheckMagic校验魔术字。

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);

}

四、小结

本文带领大家一起剖析了鸿蒙轻内核的静态内存模块的源代码,包含静态内存的结构体、静态内存池初始化、静态内存申请、释放、清除内容等。为了更容易找到鸿蒙轻内核代码仓,建议访问https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m

以上就是解析鸿蒙轻内核静态内存的使用的详细内容,更多关于鸿蒙轻内核静态内存的资料请关注其它相关文章!

以上是 解析鸿蒙轻内核静态内存的使用 的全部内容, 来源链接: utcz.com/p/246296.html

回到顶部