提示：本文基于开源鸿蒙内核分析，官方源码【kernel_liteos_a】官方文档【docs】
本文作者：鸿蒙内核发烧友，用生活场景讲故事的方式去解构内核，一窥究竟，让神秘的内核栩栩如生，浮现眼前。博文皆为原创，持续更新，敬请关注。内容仅代表个人观点，错误之处，欢迎指正完善。本系列全部文章进入鸿蒙源码分析(总目录)查看
本文分析虚拟内存模块源码 详见:../kernel/base/vm
有了上篇鸿蒙内核源码分析(内存概念篇)的基础，本篇讲内存管理部分，本章源码超级多，很烧脑，但笔者关键处都加了注释。废话不多说，开始吧。
目录
初始化整个内存
从main()跟踪可看内存部分初始化是在OsSysMemInit()中完成的
-
//*kyf 内存初始化工作
-
UINT32 OsSysMemInit(VOID)
-
{
-
STATUS_T ret;
-
-
OsKSpaceInit();
//*kyf 内核空间初始化
-
-
ret = OsKHeapInit(OS_KHEAP_BLOCK_SIZE);
//*kyf 内核动态内存初始化 512K
-
if (ret != LOS_OK) {
-
VM_ERR(
"OsKHeapInit fail");
-
return LOS_NOK;
-
}
-
-
OsVmPageStartup();
//*kyf page初始化
-
OsInitMappingStartUp();
//*kyf 映射初始化
-
-
ret = ShmInit();
//*kyf 共享内存初始化
-
if (ret <
0) {
-
VM_ERR(
"ShmInit fail");
-
return LOS_NOK;
-
}
-
-
return LOS_OK;
-
}
鸿蒙内存的布局
-
extern CHAR __int_stack_start;
//*kyf OS_SYS_FUNC_ADDR_START 开机第一条指令地址
-
extern CHAR __rodata_start;
//*kyf ROM开始地址 只读
-
extern CHAR __rodata_end;
//*kyf ROM结束地址
-
extern CHAR __bss_start;
//*kyf bss开始地址
-
extern CHAR __bss_end;
//*kyf bss结束地址
-
extern CHAR __text_start;
//*kyf 代码区开始地址
-
extern CHAR __text_end;
//*kyf 代码区结束地址
-
extern CHAR __ram_data_start;
//*kyf RAM开始地址 可读可写
-
extern CHAR __ram_data_end;
//*kyf RAM结束地址
-
extern
UINT32 __heap_start;
//*kyf 堆区开始地址
-
extern
UINT32 __heap_end;
//*kyf 堆区结束地址
内存一开始就是一张白纸，这些extern就是给它画大界线的，从哪到哪是属于什么段。这些值大小取决实际项目内存条的大小，不同的内存条，地址肯定会不一样，所以必须由外部提供，鸿蒙内核采用了Linux的段管理方式。
上图是Linux的内存布局图，鸿蒙的没看到，但应该也是这样，笔者后续将再确认(?)，有代码中有迹可循，如下：
-
//堆区的开始位置是 bss的结束位置
-
UINTPTR g_vmBootMemBase = (
UINTPTR)&__bss_end;
//*kyf 代码中可验证和Linux内存布局是一样的地方
结合上图对比以下的解释自行理解下位置。
BSS段 （bss segment）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。该段用于存储未初始化的全局变量或者是默认初始化为0的全局变量，它不占用程序文件的大小，但是占用程序运行时的内存空间。
data段 该段用于存储初始化的全局变量，初始化为0的全局变量出于编译优化的策略还是被保存在BSS段。
细心的读者可能发现了，鸿蒙内核几乎所有的全局变量都没有赋初始化值或NULL，这些变量经过编译后是放在了BSS段的，运行时占用内存空间，如此编译出来的ELF包就变小了。
.rodata段,该段也叫常量区，用于存放常量数据，ro就是Read Only之意。
text段 是用于存放程序代码的，编译时确定,只读。更进一步讲是存放处理器的机器指令，当各个源文件单独编译之后生成目标文件，经连接器链接各个目标文件并解决各个源文件之间函数的引用，与此同时，还得将所有目标文件中的.text段合在一起。
stack栈段，是由系统负责申请释放，用于存储参数变量及局部变量以及函数的执行。
heap段 它由用户申请和释放，申请时至少分配虚存，当真正存储数据时才分配相应的实存，释放时也并非立即释放实存，而是可能被重复利用。
内核空间是怎么初始化的？
-
LosMux g_vmSpaceListMux;
//*kyf 互斥，共享内存部分
-
LOS_DL_LIST_HEAD(g_vmSpaceList);
//*kyf 虚拟内存空间头结点
-
LosVmSpace g_kVmSpace;
//*kyf 内核空间
-
LosVmSpace g_vMallocSpace;
//*kyf 内核堆空间
-
VOID OsKSpaceInit(VOID)
-
{
-
OsVmMapInit();
//*kyf 初始化虚拟内存互斥量, 个人认为这个函数名取的有点瑕疵...
-
OsKernVmSpaceInit(&g_kVmSpace, OsGFirstTableGet());
//*kyf 初始化内核vm
-
OsVMallocSpaceInit(&g_vMallocSpace, OsGFirstTableGet());
//*kyf 初始化堆区vm ,用户动态分配
-
}
-
//内核动态内存 size = 512K
-
STATUS_T OsKHeapInit(size_t size)
-
{
-
STATUS_T ret;
-
VOID *ptr =
NULL;
-
/*
-
* roundup to MB aligned in order to set kernel attributes. kernel text/code/data attributes
-
* should page mapping, remaining region should section mapping. so the boundary should be
-
* MB aligned.
-
*/
-
UINTPTR end = ROUNDUP(g_vmBootMemBase + size, MB);
-
size = end - g_vmBootMemBase;
-
-
ptr = OsVmBootMemAlloc(size);
-
if (!ptr) {
-
PRINT_ERR(
"vmm_kheap_init boot_alloc_mem failed! %d\n", size);
-
return
-1;
-
}
-
-
m_aucSysMem0 = m_aucSysMem1 = ptr;
-
ret = LOS_MemInit(m_aucSysMem0, size);
-
if (ret != LOS_OK) {
-
PRINT_ERR(
"vmm_kheap_init LOS_MemInit failed!\n");
-
g_vmBootMemBase -= size;
-
return ret;
-
}
-
LOS_MemExpandEnable(OS_SYS_MEM_ADDR);
-
return LOS_OK;
-
}
内核空间用了三个全局变量，其中一个是互斥LosMux，IPC部分会详细讲，这里先不展开。 比较有意思的是LOS_DL_LIST_HEAD，看内核源码过程中经常会为这样的代码点头称赞，会心一笑。点赞！
#define LOS_DL_LIST_HEAD(list) LOS_DL_LIST list = { &(list), &(list) }Page是如何初始化的？
page是映射的最小单位，是物理地址<--->虚拟地址映射的数据结构的基础
-
VOID OsVmPageStartup(VOID)
-
{
-
struct VmPhysSeg *seg = NULL;
-
LosVmPage *page =
NULL;
-
paddr_t pa;
-
UINT32 nPage;
-
INT32 segID;
-
-
OsVmPhysAreaSizeAdjust(ROUNDUP((g_vmBootMemBase - KERNEL_ASPACE_BASE), PAGE_SIZE));
//*kfy 物理内存全部切成4K的物理页，用g_physArea保存
-
-
nPage = OsVmPhysPageNumGet();
-
g_vmPageArraySize = nPage *
sizeof(LosVmPage);
-
g_vmPageArray = (LosVmPage *)OsVmBootMemAlloc(g_vmPageArraySize);
-
-
OsVmPhysAreaSizeAdjust(ROUNDUP(g_vmPageArraySize, PAGE_SIZE));
//*kyf 每个页头统一存放LosVmPage,这段代码很妙
-
-
OsVmPhysSegAdd();
//*kyf 段页绑定
-
OsVmPhysInit();
//*kyf 加入空闲链表和设置置换算法 LRU(最近最久未使用)算法
-
-
for (segID =
0; segID < g_vmPhysSegNum; segID++) {
-
seg = &g_vmPhysSeg[segID];
-
nPage = seg->size >> PAGE_SHIFT;
-
for (page = seg->pageBase, pa = seg->start; page <= seg->pageBase + nPage;
-
page++, pa += PAGE_SIZE) {
-
OsVmPageInit(page, pa, segID);
//*kfy page初始化
-
}
-
OsVmPageOrderListInit(seg->pageBase, nPage);
//*kyf 页面回收后的排序
-
}
-
}
进程是如何申请内存的？
进程的主体是来自进程池，进程池是统一分配的，怎么创建进程池的去翻系列篇里的文章，所以创建一个进程的时候只需要分配虚拟内存LosVmSpace，这里要分内核模式和用户模式下的申请。
-
//初始化进程的 用户空间 或 内核空间
-
STATIC UINT32 OsInitPCB(LosProcessCB *processCB, UINT32 mode, UINT16 priority, UINT16 policy, const CHAR *name)
-
{
-
-
if (OsProcessIsUserMode(processCB)) {
//*kyf 用户态进程分配用户空间
-
space = LOS_MemAlloc(m_aucSysMem0,
sizeof(LosVmSpace));
-
if (space ==
NULL) {
-
PRINT_ERR(
"%s %d, alloc space failed\n", __FUNCTION__, __LINE__);
-
return LOS_ENOMEM;
-
}
-
VADDR_T *ttb = LOS_PhysPagesAllocContiguous(
1);
-
if (ttb ==
NULL) {
-
PRINT_ERR(
"%s %d, alloc ttb or space failed\n", __FUNCTION__, __LINE__);
-
(VOID)LOS_MemFree(m_aucSysMem0, space);
-
return LOS_ENOMEM;
-
}
-
(VOID)memset_s(ttb, PAGE_SIZE,
0, PAGE_SIZE);
-
retVal = OsUserVmSpaceInit(space, ttb);
-
vmPage = OsVmVaddrToPage(ttb);
-
if ((retVal == FALSE) || (vmPage ==
NULL)) {
-
PRINT_ERR(
"create space failed! ret: %d, vmPage: %#x\n", retVal, vmPage);
-
processCB->processStatus = OS_PROCESS_FLAG_UNUSED;
-
(VOID)LOS_MemFree(m_aucSysMem0, space);
-
LOS_PhysPagesFreeContiguous(ttb,
1);
-
return LOS_EAGAIN;
-
}
-
processCB->vmSpace = space;
-
LOS_ListAdd(&processCB->vmSpace->archMmu.ptList, &(vmPage->node));
-
}
else {
//*kfy 用户态进程分配用户空间
-
processCB->vmSpace = LOS_GetKVmSpace();
-
}
-
}
-
-
LosVmSpace *LOS_GetKVmSpace(VOID)
-
{
-
return &g_kVmSpace;
-
}
从代码可以看出，内核空间固定只有一个g_kVmSpace，而每个用户进程的虚拟内存空间都是独立的。请细品！
task是如何申请内存的？
task的主体是来自进程池，task池是统一分配的，怎么创建task池的去翻系列篇里的文章。这里task只需要申请stack空间，还是直接上看源码吧，这里用OsUserInitProcess函数看应用程序的main() 是如何被内核创建任务和运行的。
-
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 OsUserInitProcess(VOID)
-
{
-
INT32 ret;
-
UINT32 size;
-
TSK_INIT_PARAM_S param = {
0 };
-
VOID *
stack =
NULL;
-
VOID *userText =
NULL;
-
CHAR *userInitTextStart = (CHAR *)&__user_init_entry;
//*kfy 代码区开始位置
-
CHAR *userInitBssStart = (CHAR *)&__user_init_bss;
//*kyf 未初始化数据区（BSS）。在运行时改变其值
-
CHAR *userInitEnd = (CHAR *)&__user_init_end;
//*kyf 结束地址
-
UINT32 initBssSize = userInitEnd - userInitBssStart;
-
UINT32 initSize = userInitEnd - userInitTextStart;
-
-
LosProcessCB *processCB = OS_PCB_FROM_PID(g_userInitProcess);
-
ret = OsProcessCreateInit(processCB, OS_USER_MODE,
"Init", OS_PROCESS_USERINIT_PRIORITY);
//*kyf 初始化用户进程,它将是所有应用程序的父进程
-
if (ret != LOS_OK) {
-
return ret;
-
}
-
-
userText = LOS_PhysPagesAllocContiguous(initSize >> PAGE_SHIFT);
//*kyf 分配连续的物理页
-
if (userText ==
NULL) {
-
ret = LOS_NOK;
-
goto ERROR;
-
}
-
-
(VOID)memcpy_s(userText, initSize, (VOID *)&__user_init_load_addr, initSize);
//*kyf 安全copy 经加载器load的结果 __user_init_load_addr -> userText
-
ret = LOS_VaddrToPaddrMmap(processCB->vmSpace, (VADDR_T)(UINTPTR)userInitTextStart, LOS_PaddrQuery(userText),
-
initSize, VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_READ | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_WRITE |
-
VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_EXECUTE | VM_MAP_REGION_FLAG_PERM_USER);
//*kyf 虚拟地址与物理地址的映射
-
if (ret <
0) {
-
goto ERROR;
-
}
-
-
(VOID)memset_s((VOID *)((UINTPTR)userText + userInitBssStart - userInitTextStart), initBssSize,
0, initBssSize);
//*kyf 除了代码段，其余都清0
-
-
stack = OsUserInitStackAlloc(g_userInitProcess, &size);
//*kyf 初始化堆栈区
-
if (
stack ==
NULL) {
-
PRINTK(
"user init process malloc user stack failed!\n");
-
ret = LOS_NOK;
-
goto ERROR;
-
}
-
-
param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)userInitTextStart;
//*kyf 从代码区开始执行，也就是应用程序main 函数的位置
-
param.userParam.userSP = (UINTPTR)
stack + size;
//*kyf 指向栈顶
-
param.userParam.userMapBase = (UINTPTR)
stack;
//*kyf 栈底
-
param.userParam.userMapSize = size;
//*kyf 栈大小
-
param.uwResved = OS_TASK_FLAG_PTHREAD_JOIN;
//*kyf 可结合的（joinable）能够被其他线程收回其资源和杀死
-
ret = OsUserInitProcessStart(g_userInitProcess, ¶m);
//*kyf 创建一个任务，来运行main函数
-
if (ret != LOS_OK) {
-
(VOID)OsUnMMap(processCB->vmSpace, param.userParam.userMapBase, param.userParam.userMapSize);
-
goto ERROR;
-
}
-
-
return LOS_OK;
-
-
ERROR:
-
(VOID)LOS_PhysPagesFreeContiguous(userText, initSize >> PAGE_SHIFT);
-
OsDeInitPCB(processCB);
-
return ret;
-
}
所有的用户进程都是通过init进程 fork来的， 可以看到创建进程的同时创建了一个task, 入口函数就是代码区的第一条指令,也就是应用程序 main函数。这里再说下stack的大小，不同空间下的task栈空间是不一样的，鸿蒙内核中有三种栈空间size,如下
-
#define LOSCFG_BASE_CORE_TSK_IDLE_STACK_SIZE SIZE(0x800)//*kyf 内核进程，运行在内核空间2K
-
#define OS_USER_TASK_SYSCALL_SATCK_SIZE 0x3000 //*kyf 用户进程，通过系统调用创建的task运行在内核空间的 12K
-
#define OS_USER_TASK_STACK_SIZE 0x100000//*kyf 用户进程运行在用户空间的1M
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转载：https://blog.csdn.net/kuangyufei/article/details/108821442
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