本文深入解析UEFI DXE阶段的内存服务，包括初始化流程、内存初始化及常用函数接口，如CoreAllocatePages、CoreFreePages、内存池管理。文章详细介绍了内存分配与释放的实现机制，并探讨了内存服务的整体视角。
- 源码EDK2：Tianocore
- UEFI源码分析系列第二篇，DXE阶段的内存服务
- 第二部分，函数接口
- DXE阶段源码目录
MdeModulePkg/Core/Dxe - 首先我们来分析上一节的遗留问题，即函数
CoreAddRange - 之后我们分析一下其余的接口，如申请内存、释放内存等
- 最后我们从一个整体的视角来看整个内存服务
初始化流程
首先我们回顾一下整个内存初始化的过程。
在DxeMain中调用如下函数开始初始化内存服务。
/** /Dxe/DxeMain/DxeMain.c **/
272 CoreInitializeMemoryServices (&HobStart, &MemoryBaseAddress, &MemoryLength);这个函数好一顿找，最后找到一块可用的内存空间，然后调用如下函数。
/** /Dxe/Gcd/Gcd.c **/
2288 CoreAddMemoryDescriptor (
2289 EfiConventionalMemory,
2290 BaseAddress,
2291 RShiftU64 (Length, EFI_PAGE_SHIFT),
2292 Capabilities
2293 );最后该函数有是检查、转换和测试，最后把工作扔给来下面这个函数
/** /Dxe/Mem/Page.c **/
550 CoreAcquireMemoryLock ();
551 End = Start + LShiftU64 (NumberOfPages, EFI_PAGE_SHIFT) - 1;
552 CoreAddRange (Type, Start, End, Attribute);
553 CoreFreeMemoryMapStack ();
554 CoreReleaseMemoryLock ();函数CoreFreeMemoryMapStack及其涉及到的变量与整个初始化过程息息相关，后续分析中会看到。
内存初始化CoreAddRange
此函数接收四个参数：
Type，类型为EFI_MEMORY_TYPE，根据传参来看值是EfiConventionalMemoryStart，内存空间起始地址End，内存空间的终止地址，注意到其值为Start + Length - 1Attribute，内存属性掩码，这部分不作重点，只在遇到的时候指明，感兴趣的还请自行挖掘吧～
/** /Dxe/Mem/Page.c **/
163 VOID
164 CoreAddRange (
165 IN EFI_MEMORY_TYPE Type,
166 IN EFI_PHYSICAL_ADDRESS Start,
167 IN EFI_PHYSICAL_ADDRESS End,
168 IN UINT64 Attribute
169 )
170 {
/** 添加一块可用的内存区域 **/
259 return ;
260 } 额外看一下对Type域的描述，即空闲的内存区域
/** /MdePkg/Include/Uefi/UefiMultiPhase.h **/
22 typedef enum {
......
55 ///
56 /// Free (unallocated) memory.
57 ///
58 EfiConventionalMemory,
......
91 } EFI_MEMORY_TYPE;1）一些基础的检查工作
是否页对齐，高地址应当大于低地址，锁有没有加上
/** /Dxe/Mem/Page.c **/
174 ASSERT ((Start & EFI_PAGE_MASK) == 0);
175 ASSERT (End > Start) ;
176
177 ASSERT_LOCKED (&gMemoryLock);
178
179 DEBUG ((DEBUG_PAGE, "AddRange: %lx-%lx to %d\n", Start, End, Type));2） 若包含了从地址零开始的一页，则置为零
/** /Dxe/Mem/Page.c **/
190 if (Type == EfiConventionalMemory && Start == 0 && (End >= EFI_PAGE_SIZE - 1)) {
191 SetMem ((VOID *)(UINTN)Start, EFI_PAGE_SIZE, 0);
192 } 3） 全局变量mMemoryMapKey增加1
/** /Dxe/Mem/Page.c **/
31 //
32 // MemoryMap - The current memory map
33 //
34 UINTN mMemoryMapKey = 0;
197 mMemoryMapKey += 1;4）触发有关Memory Map Change的事件
这里本质上是根据EventGroup的GUID来唤醒所有有关的事件，由于异步事件机制上基于时钟中断的，而现在已经拿到了内存锁（即禁中断），故这些事件只是从未触发状态转换到了触发状态，而并不会执行。
真正的执行会在锁释放后（开中断），时钟中断处理程序来执行这些被唤醒的事件。不过也有例外的可能，就是其他地方调用了TPL的提升和降低。具体机制参阅异步事件处理一节。
/** /Dxe/Mem/Page.c **/
208 CoreNotifySignalList (&gEfiEventMemoryMapChangeGuid);顺便提一下这一步是UEFI 2.0规范才有的，UEFI2.0规范是Intel把EFI 1.0规范交给UEFI Form后出的规范，原本的1.0规范里并没有这一步。
5） 修正全局变量gMemoryMap
这里出现了一个很关键的全局变量gMemoryMap
/** /Dxe/Mem/MemData.c **/
23 //
24 // MemoryMap - the current memory map
25 //
26 LIST_ENTRY gMemoryMap = INITIALIZE_LIST_HEAD_VARIABLE (gMemoryMap);不过先不着急看它的详细定义，先看来看这里做了什么事情
遍历gMemoryMap这个链表里的每一个Entry，类型为MEMORY_MAP。宏CR用于从链表结构获得到数据结构，并包含一个签名检查的操作。
/** /Dxe/Mem/Page.c **/
218 Link = gMemoryMap.ForwardLink;
219 while (Link != &gMemoryMap) {
220 Entry = CR (Link, MEMORY_MAP, Link, MEMORY_MAP_SIGNATURE);
221 Link = Link->ForwardLink; 跳过不一致的内存，包括类型不一致、属性不一致
223 if (Entry->Type != Type) {
224 continue;
225 }
226
227 if (Entry->Attribute != Attribute) {
228 continue;
229 } 若存在Entry与新加入的Start和End相连接，则修改Start或End将二者合二为一，并把Entry从链表中删除
231 if (Entry->End + 1 == Start) {
232
233 Start = Entry->Start;
234 RemoveMemoryMapEntry (Entry);
235
236 } else if (Entry->Start == End + 1) {
237
238 End = Entry->End;
239 RemoveMemoryMapEntry (Entry);
240 } 可以看到gMemoryMap保存来所有内存区域的信息，如果新加入的区域与某个区域相连，则合并。
类型MEMORY_MAP定义于/Dxe/Mem/Imem.h
/** /Dxe/Mem/Imem.h **/
38 #define MEMORY_MAP_SIGNATURE SIGNATURE_32('m','m','a','p')
39 typedef struct {
40 UINTN Signature;
41 LIST_ENTRY Link;
42 BOOLEAN FromPages;
43
44 EFI_MEMORY_TYPE Type;
45 UINT64 Start;
46 UINT64 End;
47
48 UINT64 VirtualStart;
49 UINT64 Attribute;
50 } MEMORY_MAP; 包含必要的Type、Start、End、和Attribute。
域FromPages表示该区域是否来自某个页内，在后面的函数AllocateMemoryMapEntry中可以看到相关的处理。
VirtualStart还不知道干嘛的，后续看看能不能分析到。
6）通过临时内存区域mMapStack转换到gMemoryMap中
247 mMapStack[mMapDepth].Signature = MEMORY_MAP_SIGNATURE;
248 mMapStack[mMapDepth].FromPages = FALSE;
249 mMapStack[mMapDepth].Type = Type;
250 mMapStack[mMapDepth].Start = Start;
251 mMapStack[mMapDepth].End = End;
252 mMapStack[mMapDepth].VirtualStart = 0;
253 mMapStack[mMapDepth].Attribute = Attribute;
254 InsertTailList (&gMemoryMap, &mMapStack[mMapDepth].Link);
255
256 mMapDepth += 1;
257 ASSERT (mMapDepth < MAX_MAP_DEPTH);
259 return ;
260 } 之所以要使用临时内存区域mMapStack，是因为，我们的内存服务还没有初始化好呢。mMapStack本质上是全局变量，在编译时期分配到数据段中。
/** /Dxe/Mem/Page.c **/
36 #define MAX_MAP_DEPTH 6
37
38 ///
39 /// mMapDepth - depth of new descriptor stack
40 ///
41 UINTN mMapDepth = 0;
42 ///
43 /// mMapStack - space to use as temp storage to build new map descriptors
44 ///
45 MEMORY_MAP mMapStack[MAX_MAP_DEPTH];
46 UINTN mFreeMapStack = 0; 全局变量mMapDepth相当于栈顶指针，全局变量mFreeMapStack标记是否经过了CoreFreeMemoryMapStack的操作。
7）CoreFreeMemoryMapStack
此时轮到我们这个息息相关的函数出场了，同样需要在锁的持有下操作
/** /Dxe/Mem/Page.c **/
318 VOID
319 CoreFreeMemoryMapStack (
320 VOID
321 )
322 {
323 MEMORY_MAP *Entry;
324 MEMORY_MAP *Entry2;
325 LIST_ENTRY *Link2;
326
327 ASSERT_LOCKED (&gMemoryLock); 检查并标记全局变量mFreeMapStack
332 if (mFreeMapStack != 0) {
333 return ;
334 }
339 mFreeMapStack += 1;依次处理保存在栈中的MEMORY_MAP。
341 while (mMapDepth != 0) {
342 //
343 // Deque an memory map entry from
344 //
345 Entry = AllocateMemoryMapEntry ();
346
347 ASSERT (Entry);
348
349 //
350 // Update to proper entry
351 //
352 mMapDepth -= 1; 这里调用了AllocateMemoryMapEntry来获取一个Entry，这个函数需要使用gMemoryMap里的内存区域来申请到一个Entry。注意到6）中入栈的时候，也把入栈的MemoryMap链接到了gMemoryMap中，所以此时AllocateMemoryMapEntry是可用的。
后面会详细解释一下此时AllocateMemoryMapEntry的执行情况。
354 if (mMapStack[mMapDepth].Link.ForwardLink != NULL) {
355
356 //
357 // Move this entry to general memory
358 //
359 RemoveEntryList (&mMapStack[mMapDepth].Link);
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