v86.01 鴻蒙核心原始碼分析 (靜態分配篇) | 很簡單的一位小朋友 | 百篇部落格分析 OpenHarmony 原始碼

本篇關鍵詞：池頭、池體、節頭、節塊

記憶體管理相關篇為:

靜態分配

相比動態分配，靜態記憶體池的分配就是個小弟弟，非常的簡單，兩個結構體 + 一張圖 就能說明白。

typedef struct {//靜態記憶體池資訊結構體
    UINT32 uwBlkSize;           /**< Block size | 塊大小*/
    UINT32 uwBlkNum;            /**< Block number | 塊數量*/
    UINT32 uwBlkCnt;            /**< The number of allocated blocks | 已經被分配的塊數量*/
    LOS_MEMBOX_NODE stFreeList; /**< Free list | 空閒連結串列*/
} LOS_MEMBOX_INFO;

typedef struct tagMEMBOX_NODE { //記憶體池中空閒節點的結構,是個單向的連結串列
    struct tagMEMBOX_NODE *pstNext; /**< Free node's pointer to the next node in a memory pool | 指向記憶體池中下一個空閒節點的指標*/
} LOS_MEMBOX_NODE;

下圖來源於官網

解讀

靜態記憶體池在概念上由池頭和池體兩部分組成，池體由眾多節塊組成，節塊由節頭和節體兩部分組成
在資料結構上表現為 LOS_MEMBOX_INFO(池頭) + [LOS_MEMBOX_NODE(節頭) + data(節體)] + ... + [LOS_MEMBOX_NODE(節頭) + data(節體)] ，在虛擬地址上它們是連在一起的。
池頭記錄總資訊，包括節塊大小，總節塊數量，已分配節塊數量，空閒節塊連結串列表頭，stFreeList將所有空閒節塊連結到一起，分配記憶體根本不需要遍歷，stFreeList指向的下一個不為null代表還有空閒節塊。
節頭只有一個指向下一個空閒連結串列的pstNext指標，簡單但足以。
靜態分配的優缺點是很明顯的，總結下：
- 負責管理的結構體簡單，會佔用很少的空間，這點優於動態分配。
- 分配速度最快，一步到位。
- 缺點是浪費嚴重，僵硬不靈活，很計劃經濟，給每一個家庭每月口糧就這麼多，高矮胖瘦都不會管。

因程式碼量不大，但很精彩，看這種程式碼是種享受，本篇詳細列出靜態記憶體程式碼層面的實現，關鍵處已新增註釋。

初始化

///初始化一個靜態記憶體池，根據入參設定其起始地址、總大小及每個記憶體塊大小
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 LOS_MemboxInit(VOID *pool, UINT32 poolSize, UINT32 blkSize)
{
    LOS_MEMBOX_INFO *boxInfo = (LOS_MEMBOX_INFO *)pool;//在記憶體起始處放置控制頭
    LOS_MEMBOX_NODE *node = NULL;
    //...
    UINT32 index;
    UINT32 intSave;
    MEMBOX_LOCK(intSave);
    boxInfo->uwBlkSize = LOS_MEMBOX_ALIGNED(blkSize + OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE); //節塊總大小(節頭+節體)
    boxInfo->uwBlkNum = (poolSize - sizeof(LOS_MEMBOX_INFO)) / boxInfo->uwBlkSize;//總節塊數量
    boxInfo->uwBlkCnt = 0;	//已分配的數量
    if (boxInfo->uwBlkNum == 0) {//只有0塊的情況
        MEMBOX_UNLOCK(intSave);
        return LOS_NOK;
    }
    node = (LOS_MEMBOX_NODE *)(boxInfo + 1);//去除池頭,找到第一個節塊位置
    boxInfo->stFreeList.pstNext = node;//池頭空閒連結串列指向第一個節塊
    for (index = 0; index < boxInfo->uwBlkNum - 1; ++index) {//切割節塊,掛入空閒連結串列
        node->pstNext = OS_MEMBOX_NEXT(node, boxInfo->uwBlkSize);//按塊大小切割好,統一由pstNext指向
        node = node->pstNext;//node儲存了下一個節點的地址資訊
    }
    node->pstNext = NULL;//最後一個為null
    MEMBOX_UNLOCK(intSave);
    return LOS_OK;
}

申請

///從指定的靜態記憶體池中申請一塊靜態記憶體塊,整個核心原始碼只有 OsSwtmrScan中用到了靜態記憶體.
LITE_OS_SEC_TEXT 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);
    node = &(boxInfo->stFreeList);//拿到空閒單連結串列
    if (node->pstNext != NULL) {//不需要遍歷連結串列,因為這是空閒連結串列
        nodeTmp = node->pstNext;//先記錄要使用的節點
        node->pstNext = nodeTmp->pstNext;//不再空閒了,把節點摘出去了.
        OS_MEMBOX_SET_MAGIC(nodeTmp);//為已使用的節塊設定魔法數位
        boxInfo->uwBlkCnt++;//已使用塊數增加
    }
    MEMBOX_UNLOCK(intSave);
    return (nodeTmp == NULL) ? NULL : OS_MEMBOX_USER_ADDR(nodeTmp);//返回可用的虛擬地址
}

釋放

/// 釋放指定的一塊靜態記憶體塊
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 {
        LOS_MEMBOX_NODE *node = OS_MEMBOX_NODE_ADDR(box);//通過節體獲取節塊首地址
        if (OsCheckBoxMem(boxInfo, node) != LOS_OK) {
            break;
        }
        node->pstNext = boxInfo->stFreeList.pstNext;//節塊指向空閒連結串列表頭
        boxInfo->stFreeList.pstNext = node;//空閒連結串列表頭反指向它,意味節塊排到第一,下次申請將首個分配它
        boxInfo->uwBlkCnt--;//已經使用的記憶體塊減一
        ret = LOS_OK;
    } while (0);//將被編譯時優化
    MEMBOX_UNLOCK(intSave);
    return ret;
}

使用

鴻蒙核心目前只有軟時鐘處理使用了靜態記憶體池，直接上程式碼

///軟時鐘初始化 ,注意函數在多CPU情況下會執行多次
STATIC UINT32 SwtmrBaseInit(VOID)
{
    UINT32 ret;
    UINT32 size = sizeof(SWTMR_CTRL_S) * LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT;
    SWTMR_CTRL_S *swtmr = (SWTMR_CTRL_S *)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem0, size); /* system resident resource */
    if (swtmr == NULL) {
        return LOS_ERRNO_SWTMR_NO_MEMORY;
    }
    (VOID)memset_s(swtmr, size, 0, size);//清0
    g_swtmrCBArray = swtmr;//軟時鐘
    LOS_ListInit(&g_swtmrFreeList);//初始化空閒連結串列
    for (UINT16 index = 0; index < LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT; index++, swtmr++) {
            swtmr->usTimerID = index;//按順序賦值
            LOS_ListTailInsert(&g_swtmrFreeList, &swtmr->stSortList.sortLinkNode);//通過sortLinkNode將節點掛到空閒連結串列 
    }
	//想要用靜態記憶體池管理,就必須要使用LOS_MEMBOX_SIZE來計算申請的記憶體大小,因為需要點字首記憶體承載頭部資訊.
    size = LOS_MEMBOX_SIZE(sizeof(SwtmrHandlerItem), OS_SWTMR_HANDLE_QUEUE_SIZE);//規劃一片記憶體區域作為軟時鐘處理常式的靜態記憶體池。
    g_swtmrHandlerPool = (UINT8 *)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem1, size); /* system resident resource */
    if (g_swtmrHandlerPool == NULL) {
        return LOS_ERRNO_SWTMR_NO_MEMORY;
    }
    ret = LOS_MemboxInit(g_swtmrHandlerPool, size, sizeof(SwtmrHandlerItem));
    if (ret != LOS_OK) {
        return LOS_ERRNO_SWTMR_HANDLER_POOL_NO_MEM;
    }
    for (UINT16 index = 0; index < LOSCFG_KERNEL_CORE_NUM; index++) {
        SwtmrRunQue *srq = &g_swtmrRunQue[index];
        /* The linked list of all cores must be initialized at core 0 startup for load balancing */
        OsSortLinkInit(&srq->swtmrSortLink);
        LOS_ListInit(&srq->swtmrHandlerQueue);
        srq->swtmrTask = NULL;
    }
    SwtmrDebugDataInit();
    return LOS_OK;
}

typedef VOID (*SWTMR_PROC_FUNC)(UINTPTR arg);	//函數指標, 賦值給 SWTMR_CTRL_S->pfnHandler,回撥處理
typedef struct {//處理軟體定時器超時的回撥函數的結構體
    SWTMR_PROC_FUNC handler;    /**< Callback function that handles software timer timeout  */	//處理軟體定時器超時的回撥函數
    UINTPTR arg;                /**< Parameter passed in when the callback function
                                     that handles software timer timeout is called */	//呼叫處理軟體計時器超時的回撥函數時傳入的引數
    LOS_DL_LIST node;
#ifdef LOSCFG_SWTMR_DEBUG
    UINT32 swtmrID;
#endif
} SwtmrHandlerItem;

關於軟定時器可以檢視系列相關篇，請想想為何軟體定時器會使用靜態記憶體。

百文說核心 | 抓住主脈絡

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按功能模組:

基礎知識	程序管理	任務管理	記憶體管理
雙向連結串列核心概念原始碼結構地址空間計時單位優雅的宏勾點框架點陣圖管理 POSIX main函數	排程故事過程控制塊程序空間線性區紅黑樹程序管理 Fork程序程序回收 Shell編輯 Shell解析	任務控制塊並行並行就緒佇列排程機制任務管理用棧方式軟體定時器控制檯遠端登入協定棧	記憶體規則實體記憶體記憶體概念虛實對映頁表管理靜態分配 TLFS演演算法記憶體池管理原子操作圓整對齊
通訊機制	檔案系統	硬體架構	核心組合
通訊總覽自旋鎖互斥鎖快鎖使用快鎖實現讀寫鎖號誌事件機制訊號生產訊號消費訊息佇列訊息封裝訊息對映共用記憶體	檔案概念檔案故事索引節點 VFS 檔案控制程式碼根檔案系統掛載機制管道檔案檔案對映寫時拷貝	晶片模式 ARM架構指令集協處理器工作模式暫存器多核管理中斷概念中斷管理	編碼方式組合基礎組合傳參連結指令碼開機啟動程序切換工作切換中斷切換異常接管缺頁中斷
編譯執行	調測工具
編譯過程編譯構建 GN語法忍者無敵 ELF格式 ELF解析靜態連結重定位動態連結程序映像應用啟動系統呼叫 VDSO	模組監控紀錄檔跟蹤系統安全測試用例

百萬注原始碼 | 處處扣細節

百萬漢字註解核心目的是要看清楚其毛細血管，細胞結構，等於在拿放大鏡看核心。核心並不神祕，帶著問題去原始碼中找答案是很容易上癮的，你會發現很多文章對一些問題的解讀是錯誤的，或者說不深刻難以自圓其說，你會慢慢形成自己新的解讀，而新的解讀又會碰到新的問題，如此層層遞進，滾滾向前，拿著放大鏡根本不願意放手。
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