鸿蒙轻内核虚拟内存基础知识：虚拟内存进程空间编号

三叶草

摘要：本文介绍了OpenHarmony鸿蒙轻内核LiteOS-A的虚拟地址空间编号知识，详细分析进程空间编号的申请与释放操作。

本文分享自华为云社区《鸿蒙轻内核A核源码分析系列四 (1) 虚拟内存进程空间编号》，作者： zhushy 。
在熟悉下OpenHarmony鸿蒙轻内核提供的虚拟内存（Virtual memory）管理模块之前，作为预备基础知识，我们先了解下虚拟内存进程空间编号，进程空间编号功能相对独立，源代码文件单独维护。涉及的头文件和C源代码文件分别为arch/arm/arm/include/los_asid.h和arch/arm/arm/src/los_asid.c。本文先介绍OpenHarmony鸿蒙轻内核LiteOS-A的虚拟地址空间编号知识，然后详细分析进程空间编号的申请与释放操作。
1. 地址空间编号数组
虚拟内存地址空间编号取值范围为[0,255]，256个编号对应8位数值。为了记录256个进程地址空间编号的使用状态需要256个比特位来维护。下述代码中位图字数BITMAP_NUM_WORDS(1UL << MMU_ARM_ASID_BITS)等于8，即地址空间编号数组的大小为8，每个位图字32位，正好对应256个比特位。

#define MMU_ARM_ASID_BITS       8
......
STATIC UINTPTR g_asidPool[BITMAP_NUM_WORDS(1UL << MMU_ARM_ASID_BITS)];

  2. 函数OsAllocAsid()
函数OsAllocAsid()用于分配一个地址空间编号，输出参数UINT32 *asid记录获取的地址空间编号，获取失败时返回值为-1；获取地址空间编号成功时返回LOS_OK。⑴处语句获取g_asidPool数组元素中二进制位数值从左到右第一处为0的位数。⑵处如果获取的位数大于等于0，小于256，没有越界，说明获取地址空间编号成功。执行⑶把该bit位设置为1，标记为已使用。⑷处设置获取的地址空间编号。

status_t OsAllocAsid(UINT32 *asid)
{
  UINT32 flags;
  LOS_SpinLockSave(&g_cpuAsidLock, &flags);
⑴  UINT32 firstZeroBit = LOS_BitmapFfz(g_asidPool, 1UL << MMU_ARM_ASID_BITS);
⑵  if (firstZeroBit >= 0 && firstZeroBit < (1UL << MMU_ARM_ASID_BITS)) {
⑶    LOS_BitmapSetNBits(g_asidPool, firstZeroBit, 1);
⑷    *asid = firstZeroBit;
    LOS_SpinUnlockRestore(&g_cpuAsidLock, flags);
    return LOS_OK;
  }
  LOS_SpinUnlockRestore(&g_cpuAsidLock, flags);
  return firstZeroBit;
}

  3. 函数OsFreeAsid
函数OsFreeAsid释放地址空间编号，代码比较简单调用LOS_BitmapClrNBits()把地址编号所在的bit位清0即可。

VOID OsFreeAsid(UINT32 asid)
{
  UINT32 flags;
  LOS_SpinLockSave(&g_cpuAsidLock, &flags);
  LOS_BitmapClrNBits(g_asidPool, asid, 1);
  LOS_SpinUnlockRestore(&g_cpuAsidLock, flags);
}

  总结
本文首先介绍了OpenHarmony鸿蒙轻内核LiteOS-A的虚拟地址空间编号知识，然后详细分析进程空间编号的申请与释放操作。

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