v17.04 鸿蒙内核源码分析(物理内存) | 怎么管理物理内存 原创

#define VM_LIST_ORDER_MAX    9    //伙伴算法分组数量，从 2^0，2^1，...，2^8 (256*4K)=1M 
#define VM_PHYS_SEG_MAX    32    //最大支持32个段

typedef struct VmPhysSeg {//物理段描述符
    PADDR_T start;            /* The start of physical memory area */ //物理内存段的开始地址
    size_t size;              /* The size of physical memory area */ //物理内存段的大小
    LosVmPage *pageBase;      /* The first page address of this area */ //本段首个物理页框地址
    SPIN_LOCK_S freeListLock; /* The buddy list spinlock */    //伙伴算法自旋锁，用于操作freeList上锁
    struct VmFreeList freeList[VM_LIST_ORDER_MAX];  /* The free pages in the buddy list */ //伙伴算法的分组，默认分成10组 2^0，2^1，...，2^VM_LIST_ORDER_MAX
    SPIN_LOCK_S lruLock;  //用于置换的自旋锁，用于操作lruList
    size_t lruSize[VM_NR_LRU_LISTS];  //5个双循环链表大小，如此方便得到size
    LOS_DL_LIST lruList[VM_NR_LRU_LISTS]; //页面置换算法，5个双循环链表头，它们分别描述五中不同类型的链表
} LosVmPhysSeg;


//注意: vmPage 中并没有虚拟地址，只有物理地址
typedef struct VmPage { //物理页框描述符
    LOS_DL_LIST         node;        /**< vm object dl list */ //虚拟内存节点，通过它挂/摘到全局g_vmPhysSeg[segID]->freeList[order]物理页框链表上
    UINT32              index;       /**< vm page index to vm object */ //索引位置
    PADDR_T             physAddr;    /**< vm page physical addr */  //物理页框起始物理地址，只能用于计算，不会用于操作(读/写数据==)
    Atomic              refCounts;   /**< vm page ref count */   //被引用次数，共享内存会被多次引用
    UINT32              flags;       /**< vm page flags */    //页标签，同时可以有多个标签（共享/引用/活动/被锁==）
    UINT8               order;       /**< vm page in which order list */ //被安置在伙伴算法的几号序列(              2^0，2^1，2^2，...，2^order)
    UINT8               segID;       /**< the segment id of vm page */ //所属段ID
    UINT16              nPages;      /**< the vm page is used for kernel heap */ //分配页数，标识从本页开始连续的几页将一块被分配
} LosVmPage;//注意:关于nPages和order的关系说明，当请求分配为5页时，order是等于3的，因为只有2^3才能满足5页的请求
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struct VmPhysSeg g_vmPhysSeg[VM_PHYS_SEG_MAX];//物理段数组，最大32段
INT32 g_vmPhysSegNum = 0; //总段数
LosVmPage *g_vmPageArray = NULL;//物理页框数组
size_t g_vmPageArraySize;//总物理页框数


/* Physical memory area array */
STATIC struct VmPhysArea g_physArea[] = {//这里只有一个区域，即只生成一个段
    {
        .start = SYS_MEM_BASE， //整个物理内存基地址，#define SYS_MEM_BASE            DDR_MEM_ADDR ，  0x80000000
        .size = SYS_MEM_SIZE_DEFAULT，//整个物理内存总大小 0x07f00000
    }，
};
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 完成对物理内存整体初始化，本函数一定运行在实模式下
 1.申请大块内存g_vmPageArray存放LosVmPage，按4K一页划分物理内存存放在数组中.
******************************************************************************/
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));//校正 g_physArea size

    nPage = OsVmPhysPageNumGet();//得到 g_physArea 总页数
    g_vmPageArraySize = nPage * sizeof(LosVmPage);//页表总大小
    g_vmPageArray = (LosVmPage *)OsVmBootMemAlloc(g_vmPageArraySize);//实模式下申请内存，此时还没有初始化MMU

    OsVmPhysAreaSizeAdjust(ROUNDUP(g_vmPageArraySize， PAGE_SIZE));//

    OsVmPhysSegAdd();// 完成对段的初始化
    OsVmPhysInit();// 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++) {//遍历物理段，将段切成一页一页
        seg = &g_vmPhysSeg[segID];
        nPage = seg->size >> PAGE_SHIFT;//本段总页数
        for (page = seg->pageBase， pa = seg->start; page <= seg->pageBase + nPage;//遍历，算出每个页框的物理地址
             page++， pa += PAGE_SIZE) {
            OsVmPageInit(page， pa， segID);//对物理页框进行初始化，注意每页的物理地址都不一样
        }
        OsVmPageOrderListInit(seg->pageBase， nPage);//伙伴算法初始化，将所有页加入空闲链表供分配
    }
}
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LosVmPage *OsVmPhysPagesAlloc(struct VmPhysSeg *seg， size_t nPages)
{
    struct VmFreeList *list = NULL;
    LosVmPage *page = NULL;
    UINT32 order;
    UINT32 newOrder;

    if ((seg == NULL) || (nPages == 0)) {
        return NULL;
    }
 //因为伙伴算法分配单元是 1，2，4，8 页，比如nPages = 3时，就需要从 4号空闲链表中分，剩余的1页需要劈开放到1号空闲链表中
    order = OsVmPagesToOrder(nPages);//根据页数计算出用哪个块组
    if (order < VM_LIST_ORDER_MAX) {//order不能大于9 即:256*4K = 1M 可理解为向内核堆申请内存一次不能超过1M
        for (newOrder = order; newOrder < VM_LIST_ORDER_MAX; newOrder++) {//没有就找更大块
            list = &seg->freeList[newOrder];//从最合适的块处开始找
            if (LOS_ListEmpty(&list->node)) {//理想情况链表为空，说明没找到
                continue;//继续找更大块的
            }
            page = LOS_DL_LIST_ENTRY(LOS_DL_LIST_FIRST(&list->node)， LosVmPage， node);//找第一个节点就行，因为链表上挂的都是同样大小物理页框
            goto DONE;
        }
    }
    return NULL;
DONE:
    OsVmPhysFreeListDelUnsafe(page);//将物理页框从链表上摘出来
    OsVmPhysPagesSpiltUnsafe(page， order， newOrder);//将物理页框劈开，把用不了的页再挂到对应的空闲链表上
    return page;
}

/******************************************************************************
 本函数很像卖猪肉的，拿一大块肉剁，先把多余的放回到小块肉堆里去.
 oldOrder:原本要买 2^2肉
 newOrder:却找到个 2^8肉块
******************************************************************************/
STATIC VOID OsVmPhysPagesSpiltUnsafe(LosVmPage *page， UINT8 oldOrder， UINT8 newOrder)
{
    UINT32 order;
    LosVmPage *buddyPage = NULL;

    for (order = newOrder; order > oldOrder;) {//把肉剁碎的过程，把多余的肉块切成2^7，2^6...标准块，
        order--;//越切越小，逐一挂到对应的空闲链表上
        buddyPage = &page[VM_ORDER_TO_PAGES(order)];//@note_good 先把多余的肉割出来，这句代码很赞!因为LosVmPage本身是在一个大数组上，page[nPages]可直接定位
        LOS_ASSERT(buddyPage->order == VM_LIST_ORDER_MAX);//没挂到伙伴算法对应组块空闲链表上的物理页框的order必须是VM_LIST_ORDER_MAX
        OsVmPhysFreeListAddUnsafe(buddyPage， order);//将劈开的节点挂到对应序号的链表上，buddyPage->order = order
    }
}
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//初始化空闲链表，分配物理页框使用伙伴算法
STATIC INLINE VOID OsVmPhysFreeListInit(struct VmPhysSeg *seg)
{
    int i;
    UINT32 intSave;
    struct VmFreeList *list = NULL;

    LOS_SpinInit(&seg->freeListLock);//初始化用于分配的自旋锁

    LOS_SpinLockSave(&seg->freeListLock， &intSave);
    for (i = 0; i < VM_LIST_ORDER_MAX; i++) {//遍历伙伴算法空闲块组链表
        list = &seg->freeList[i]; //一个个来
        LOS_ListInit(&list->node); //LosVmPage.node将挂到list->node上
        list->listCnt = 0;   //链表上的数量默认0
    }
    LOS_SpinUnlockRestore(&seg->freeListLock， intSave);
}
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