鸿蒙轻内核A核源码分析系列四（2）虚拟内存

本文我们来熟悉下OpenHarmony鸿蒙轻内核提供的虚拟内存（Virtual memory）管理模块。

本文中所涉及的源码，以OpenHarmony LiteOS-A内核为例，均可以在开源站点 https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_a 获取。如果涉及开发板，则默认以hispark_taurus为例。

我们首先了解了虚拟内存管理的结构体、相关宏定义，接着会分析内核虚拟地址空间和用户进程虚拟地址空间如何初始化，然后分析虚拟内存区间常用操作包含查找、申请和释放等，最后分析动态内存堆的申请、释放接口的源代码，并简单介绍下内存区间预留接口源代码。

1、虚拟内存管理相关的结构体

在文件kernel/base/include/los_vm_map.h中定义了进程地址空间结构体LosVmSpace，进程地址区间结构体LosVmMapRegion和进程地址区间范围结构体LosVmMapRange。每个用户态进程会创建自己的进程空间，内核态会创建2个进程空间，分别g_kVmSpace和g_vMallocSpace。从进程空间申请的虚拟内存块使用进程区间LosVmMapRegion来表示。每个进程空间维护一个红黑树来链接各个进程区间。

1.1 虚拟内存地址空间结构体`LosVmSpace`

typedef struct VmSpace {
    LOS_DL_LIST         node;           /**< 地址空间双向链表 */
    LosRbTree           regionRbTree;   /**< 地址区间的红黑树根节点 */
    LosMux              regionMux;      /**< 地址区间的红黑树的互斥锁 */
    VADDR_T             base;           /**< 地址空间开始地址 */
    UINT32              size;           /**< 地址空间大小 */
    VADDR_T             heapBase;       /**< 地址空间的堆开始地址heapBase */
    VADDR_T             heapNow;        /**< 地址空间的堆开始地址heapNow */
    LosVmMapRegion      *heap;          /**< 地址空间的地址区间 */
    VADDR_T             mapBase;        /**< 地址空间的映射区开始地址 */
    UINT32              mapSize;        /**< 地址空间的映射区大小 */
    LosArchMmu          archMmu;        /**< 地址空间的MMU结构体 */
#ifdef LOSCFG_DRIVERS_TZDRIVER
    VADDR_T             codeStart;      /**< 用户进程代码区开始地址 */
    VADDR_T             codeEnd;        /**< 用户进程代码区结束地址 */
#endif
} LosVmSpace;

1.2 虚拟内存地址区间`LosVmMapRegion`

typedef struct VmMapRange {
    VADDR_T             base;           /**< 虚拟内存地址区间开始地址 */
    UINT32              size;           /**< 虚拟内存地址区间大小 */
} LosVmMapRange;
......
struct VmMapRegion;
typedef struct VmMapRegion LosVmMapRegion;
......
struct VmMapRegion {
    LosRbNode           rbNode;         /**<  地址区间红黑树节点 */
    LosVmSpace          *space;         /**<  地址区间所在的地址空间 */
    LOS_DL_LIST         node;           /**<  地址区间双向链表 */
    LosVmMapRange       range;          /**<  地址区间地址范围 */
    VM_OFFSET_T         pgOff;          /**<  地址区间页偏移 */
    UINT32              regionFlags;    /**<  地址区间标记: cow, user_wired */
    UINT32              shmid;          /**<  共享地址区间编号 */
    UINT8               forkFlags;      /**<  地址区间fork标记: COPY, ZERO, */
    UINT8               regionType;     /**<  地址区间类型: ANON, FILE, DEV */
    union {
        struct VmRegionFile {
            unsigned int fileMagic;
            struct file *file;
            const LosVmFileOps *vmFOps;
        } rf;
        struct VmRegionAnon {
            LOS_DL_LIST  node;          /**< 地址区间类型的双向链表 */
        } ra;
        struct VmRegionDev {
            LOS_DL_LIST  node;          /**< 地址区间类型的双向链表 */
            const LosVmFileOps *vmFOps;
        } rd;
    } unTypeData;
};