v86.01 鸿蒙内核源码分析(静态分配篇) | 很简单的一位小朋友 | 百篇博客分析 OpenHarmony 源码

浅沫记忆

本篇关键词：池头、池体、节头、节块

内存管理相关篇为:

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静态分配
相比动态分配，静态内存池的分配就是个小弟弟，非常的简单，两个结构体 + 一张图 就能说明白。

typedef struct {//静态内存池信息结构体
  UINT32 uwBlkSize;       /**< Block size | 块大小*/
  UINT32 uwBlkNum;      /**< Block number | 块数量*/
  UINT32 uwBlkCnt;      /**< The number of allocated blocks | 已经被分配的块数量*/
  LOS_MEMBOX_NODE stFreeList; /**< Free list | 空闲链表*/
} LOS_MEMBOX_INFO;
typedef struct tagMEMBOX_NODE { //内存池中空闲节点的结构,是个单向的链表
  struct tagMEMBOX_NODE *pstNext; /**< Free node's pointer to the next node in a memory pool | 指向内存池中下一个空闲节点的指针*/
} LOS_MEMBOX_NODE;

下图来源于官网

解读

静态内存池在概念上由池头和池体两部分组成，池体由众多节块组成，节块由节头和节体两部分组成
在数据结构上表现为 LOS_MEMBOX_INFO(池头) + [LOS_MEMBOX_NODE(节头) + data(节体)] + ... + [LOS_MEMBOX_NODE(节头) + data(节体)] ，在虚拟地址上它们是连在一起的。
池头记录总信息，包括节块大小，总节块数量，已分配节块数量，空闲节块链表表头，stFreeList将所有空闲节块链接到一起，分配内存根本不需要遍历，stFreeList指向的下一个不为null代表还有空闲节块。
节头只有一个指向下一个空闲链表的pstNext指针，简单但足以。
静态分配的优缺点是很明显的，总结下：
- 负责管理的结构体简单，会占用很少的空间，这点优于动态分配。
- 分配速度最快，一步到位。
- 缺点是浪费严重，僵硬不灵活，很计划经济，给每一个家庭每月口粮就这么多，高矮胖瘦都不会管。

因代码量不大，但很精彩，看这种代码是种享受，本篇详细列出静态内存代码层面的实现，关键处已添加注释。
初始化

///初始化一个静态内存池，根据入参设定其起始地址、总大小及每个内存块大小
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 LOS_MemboxInit(VOID *pool, UINT32 poolSize, UINT32 blkSize)
{
  LOS_MEMBOX_INFO *boxInfo = (LOS_MEMBOX_INFO *)pool;//在内存起始处放置控制头
  LOS_MEMBOX_NODE *node = NULL;
  //...
  UINT32 index;
  UINT32 intSave;
  MEMBOX_LOCK(intSave);
  boxInfo->uwBlkSize = LOS_MEMBOX_ALIGNED(blkSize + OS_MEMBOX_NODE_HEAD_SIZE); //节块总大小(节头+节体)
  boxInfo->uwBlkNum = (poolSize - sizeof(LOS_MEMBOX_INFO)) / boxInfo->uwBlkSize;//总节块数量
  boxInfo->uwBlkCnt = 0;//已分配的数量
  if (boxInfo->uwBlkNum == 0) {//只有0块的情况
    MEMBOX_UNLOCK(intSave);
    return LOS_NOK;
  }
  node = (LOS_MEMBOX_NODE *)(boxInfo + 1);//去除池头,找到第一个节块位置
  boxInfo->stFreeList.pstNext = node;//池头空闲链表指向第一个节块
  for (index = 0; index < boxInfo->uwBlkNum - 1; ++index) {//切割节块,挂入空闲链表
    node->pstNext = OS_MEMBOX_NEXT(node, boxInfo->uwBlkSize);//按块大小切割好,统一由pstNext指向
    node = node->pstNext;//node存储了下一个节点的地址信息
  }
  node->pstNext = NULL;//最后一个为null
  MEMBOX_UNLOCK(intSave);
  return LOS_OK;
}

申请

///从指定的静态内存池中申请一块静态内存块,整个内核源码只有 OsSwtmrScan中用到了静态内存.
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);//拿到空闲单链表
  if (node->pstNext != NULL) {//不需要遍历链表,因为这是空闲链表
    nodeTmp = node->pstNext;//先记录要使用的节点
    node->pstNext = nodeTmp->pstNext;//不再空闲了,把节点摘出去了.
    OS_MEMBOX_SET_MAGIC(nodeTmp);//为已使用的节块设置魔法数字
    boxInfo->uwBlkCnt++;//已使用块数增加
  }
  MEMBOX_UNLOCK(intSave);
  return (nodeTmp == NULL) ? NULL : OS_MEMBOX_USER_ADDR(nodeTmp);//返回可用的虚拟地址
}

释放

/// 释放指定的一块静态内存块
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);//通过节体获取节块首地址
    if (OsCheckBoxMem(boxInfo, node) != LOS_OK) {
      break;
    }
    node->pstNext = boxInfo->stFreeList.pstNext;//节块指向空闲链表表头
    boxInfo->stFreeList.pstNext = node;//空闲链表表头反指向它,意味节块排到第一,下次申请将首个分配它
    boxInfo->uwBlkCnt--;//已经使用的内存块减一
    ret = LOS_OK;
  } while (0);//将被编译时优化
  MEMBOX_UNLOCK(intSave);
  return ret;
}

使用
鸿蒙内核目前只有软时钟处理使用了静态内存池，直接上代码

///软时钟初始化 ,注意函数在多CPU情况下会执行多次
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;//软时钟
  LOS_ListInit(&g_swtmrFreeList);//初始化空闲链表
  for (UINT16 index = 0; index < LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT; index++, swtmr++) {
      swtmr->usTimerID = index;//按顺序赋值
      LOS_ListTailInsert(&g_swtmrFreeList, &swtmr->stSortList.sortLinkNode);//通过sortLinkNode将节点挂到空闲链表 
  }
//想要用静态内存池管理,就必须要使用LOS_MEMBOX_SIZE来计算申请的内存大小,因为需要点前缀内存承载头部信息.
  size = LOS_MEMBOX_SIZE(sizeof(SwtmrHandlerItem), OS_SWTMR_HANDLE_QUEUE_SIZE);//规划一片内存区域作为软时钟处理函数的静态内存池。
  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);//函数指针, 赋值给 SWTMR_CTRL_S->pfnHandler,回调处理
typedef struct {//处理软件定时器超时的回调函数的结构体
  SWTMR_PROC_FUNC handler;  /**< Callback function that handles software timer timeout  *///处理软件定时器超时的回调函数
  UINTPTR arg;        /**< Parameter passed in when the callback function
                   that handles software timer timeout is called *///调用处理软件计时器超时的回调函数时传入的参数
  LOS_DL_LIST node;
#ifdef LOSCFG_SWTMR_DEBUG
  UINT32 swtmrID;
#endif
} SwtmrHandlerItem;

关于软定时器可以查看系列相关篇，请想想为何软件定时器会使用静态内存。
百文说内核 | 抓住主脉络

百文相当于摸出内核的肌肉和器官系统，让人开始丰满有立体感，因是直接从注释源码起步，在加注释过程中，每每有心得处就整理,慢慢形成了以下文章。内容立足源码，常以生活场景打比方尽可能多的将内核知识点置入某种场景，具有画面感，容易理解记忆。说别人能听得懂的话很重要! 百篇博客绝不是百度教条式的在说一堆诘屈聱牙的概念，那没什么意思。更希望让内核变得栩栩如生，倍感亲切。
与代码需不断debug一样，文章内容会存在不少错漏之处，请多包涵，但会反复修正，持续更新，v**.xx 代表文章序号和修改的次数，精雕细琢，言简意赅，力求打造精品内容。
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百万汉字注解内核目的是要看清楚其毛细血管，细胞结构，等于在拿放大镜看内核。内核并不神秘，带着问题去源码中找答案是很容易上瘾的，你会发现很多文章对一些问题的解读是错误的，或者说不深刻难以自圆其说，你会慢慢形成自己新的解读，而新的解读又会碰到新的问题，如此层层递进，滚滚向前，拿着放大镜根本不愿意放手。
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据说喜欢点赞分享的,后来都成了大神。:)

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