OpenHarmony（鸿蒙南向开辟）——小型体系内核（LiteOS-A）【内核态内存调 ...

内存信息统计

根本概念

内存信息包括内存池大小、内存使用量、剩余内存大小、最大空闲内存、内存水线、内存节点数统计、碎片率等。

• 内存水线：即内存池的最大使用量，每次申请和释放时，都会更新水线值，实际业务可根据该值，优化内存池大小；
  
• 碎片率：衡量内存池的碎片化程度，碎片率高表现为内存池剩余内存很多，但是最大空闲内存块很小，可以用公式（fragment=100-100*最大空闲内存块大小/剩余内存大小）来度量；
  
• 其他统计信息：调用接口LOS_MemInfoGet时，会扫描内存池的节点信息，统计出相关信息。
  

功能配置

LOSCFG_MEM_WATERLINE：开关宏，默认关闭；若须要打开这个功能，可以在配置项中开启“Debug-> Enable MEM Debug-> Enable memory pool waterline or not”。如需获取内存水线，须要打开该配置。
开辟指导

开辟流程

关键结构体先容：

1. typedef struct {
2.     UINT32 totalUsedSize;       // 内存池的内存使用量
3.     UINT32 totalFreeSize;       // 内存池的剩余内存大小
4.     UINT32 maxFreeNodeSize;     // 内存池的最大空闲内存块大小
5.     UINT32 usedNodeNum;         // 内存池的非空闲内存块个数
6.     UINT32 freeNodeNum;         // 内存池的空闲内存块个数
7. #if (LOSCFG_MEM_WATERLINE == 1)     // 默认关闭，可以通过menuconfig配置工具打开
8.     UINT32 usageWaterLine;      // 内存池的水线值
9. #endif
10. } LOS_MEM_POOL_STATUS;
11. c

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• 内存水线获取：调用 LOS_MemInfoGet(VOID *pool, LOS_MEM_POOL_STATUS *poolStatus)接口，第1个参数是内存池首地址，第2个参数是LOS_MEM_POOL_STATUS范例的句柄，此中字段usageWaterLine即水线值。
  
• 内存碎片率盘算：同样调用LOS_MemInfoGet接口，可以获取内存池的剩余内存大小和最大空闲内存块大小，然后根据公式（fragment=100-100*最大空闲内存块大小/剩余内存大小）得出此时的动态内存池碎片率。
  

编程实例

本实例实现如下功能：

• 创建一个监控使命，用于获取内存池的信息；
  
• 调用LOS_MemInfoGet接口，获取内存池的根本信息；
  
• 利用公式算出使用率及碎片率。
  

示例代码
本演示代码在 . kernel /liteos_a/testsuites /kernel /src /osTest.c中编译验证，在TestTaskEntry中调用验证入口函数MemTest。
代码实现如下：

1. #include <stdio.h>
2. #include <string.h>
3. #include "los_task.h"
4. #include "los_memory.h"
5. #include "los_config.h"
7. void MemInfoTaskFunc(void)
8. {
9.     LOS_MEM_POOL_STATUS poolStatus = {0};
11.     /* pool为要统计信息的内存地址，此处以OS_SYS_MEM_ADDR为例 */
12.     void *pool = OS_SYS_MEM_ADDR;
13.     LOS_MemInfoGet(pool, &poolStatus);
14.     /* 算出内存池当前的碎片率百分比 */
15.     unsigned char fragment = 100 - poolStatus.maxFreeNodeSize * 100 / poolStatus.totalFreeSize;
16.     /* 算出内存池当前的使用率百分比 */
17.     unsigned char usage = LOS_MemTotalUsedGet(pool) * 100 / LOS_MemPoolSizeGet(pool);
18.     dprintf("usage = %d, fragment = %d, maxFreeSize = %d, totalFreeSize = %d, waterLine = %d\n", usage, fragment,                            poolStatus.maxFreeNodeSize, poolStatus.totalFreeSize, poolStatus.usageWaterLine);
19. }
21. int MemTest(void)
22. {
23.     unsigned int ret;
24.     unsigned int taskID;
25.     TSK_INIT_PARAM_S taskStatus = {0};
26.     taskStatus.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)MemInfoTaskFunc;
27.     taskStatus.uwStackSize  = 0x1000;
28.     taskStatus.pcName       = "memInfo";
29.     taskStatus.usTaskPrio   = 10;
30.     ret = LOS_TaskCreate(&taskID, &taskStatus);
31.     if (ret != LOS_OK) {
32.         dprintf("task create failed\n");
33.         return LOS_NOK;
34.     }
35.     return LOS_OK;
36. }
37. c

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效果验证
编译运行输出的效果如下：
根据实际运行情况，数据会有差异

1. usage = 22, fragment = 3, maxFreeSize = 49056, totalFreeSize = 50132, waterLine = 1

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内存走漏检测

根本概念

内存走漏检测机制作为内核的可选功能，用于辅助定位动态内存走漏问题。开启该动能，动态内存机制会自动记载申请内存时的函数调用关系（下文简称LR）。如果出现走漏，就可以利用这些记载的信息，找到内存申请的地方，方便进一步确认。
功能配置

• LOSCFG_MEM_LEAKCHECK：开关宏，默认关闭；如须要打开这个功能，可以在配置项中开启“Debug-> Enable MEM Debug-> Enable Function call stack of Mem operation recorded”。
  
• LOS_RECORD_LR_CNT：记载的LR层数，默认3层；每层LR消耗sizeof(void *)字节数的内存。
  
• LOS_OMIT_LR_CNT：忽略的LR层数，默认2层，即从调用LOS_MemAlloc的函数开始记载，可根据实际情况调解。须要此配置原因如下：
  
  
  
  • LOS_MemAlloc接口内部也有函数调用；
    
  • 外部可能对LOS_MemAlloc接口有封装；
    
  • LOS_RECORD_LR_CNT 配置的LR层数有限；
    
  
  

精确配置这个宏，将无效的LR层数忽略，就可以记载有效的LR层数，节流内存消耗。
开辟指导

开辟流程

该调测功能可以分析关键的代码逻辑中是否存在内存走漏。开启这个功能，每次申请内存时，会记载LR信息。在须要检测的代码段前后，调用LOS_MemUsedNodeShow接口，每次都会打印指定内存池已使用的全部节点信息，对比前后两次的节点信息，新增的节点信息就是疑似走漏的内存节点。通过LR，可以找到具体申请的代码位置，进一步确认是否走漏。
调用LOS_MemUsedNodeShow接口输出的节点信息格式如下：每1行为一个节点信息；第1列为节点地址，可以根据这个地址，使用GDB等工具检察节点完整信息；第2列为节点的大小，即是节点头大小+数据域大小；第3~5列为函数调用关系LR地址，可以根据这个值，联合汇编文件，检察该节点具体申请的位置。

1. node        size   LR[0]      LR[1]       LR[2]
2. 0x10017320: 0x528 0x9b004eba  0x9b004f60  0x9b005002
3. 0x10017848: 0xe0  0x9b02c24e  0x9b02c246  0x9b008ef0
4. 0x10017928: 0x50  0x9b008ed0  0x9b068902  0x9b0687c4
5. 0x10017978: 0x24  0x9b008ed0  0x9b068924  0x9b0687c4
6. 0x1001799c: 0x30  0x9b02c24e  0x9b02c246  0x9b008ef0
7. 0x100179cc: 0x5c  0x9b02c24e  0x9b02c246  0x9b008ef0

复制代码

  注意： 开启内存检测会影响内存申请的性能，且每个内存节点都会记载LR地址，内存开销也加大。
  编程实例

本实例实现如下功能：构建内存走漏代码段。

• 调用OsMemUsedNodeShow接口，输出全部节点信息打印；
  
• 申请内存，但没有释放，模拟内存走漏；
  
• 再次调用OsMemUsedNodeShow接口，输出全部节点信息打印；
  
• 将两次log进行对比，得出走漏的节点信息；
  
• 通过LR地址，找出走漏的代码位置；
  

示例代码
本演示代码在 . kernel /liteos_a/testsuites /kernel /src /osTest.c中编译验证，在TestTaskEntry中调用验证入口函数MemLeakTest。
为了方便展示发起创建新的内存池，须要在target_config.h 中定义 LOSCFG_MEM_MUL_POOL
代码实现如下：

1. #include <stdio.h>
2. #include <string.h>
3. #include "los_memory.h"
4. #include "los_config.h"
6. #define TEST_NEW_POOL_SIZE 2000
7. #define TEST_MALLOC_SIZE 8
9. void MemLeakTest(void)
10. {
11.     VOID *pool = NULL;
13.     /* 由于原内存池分配过多, 为了方便展示, 创建新的内存池 */
14.     pool = LOS_MemAlloc(OS_SYS_MEM_ADDR, TEST_NEW_POOL_SIZE);
15.     (VOID)LOS_MemInit(pool, TEST_NEW_POOL_SIZE);
17.     OsMemUsedNodeShow(pool);
18.     void *ptr1 = LOS_MemAlloc(pool, TEST_MALLOC_SIZE);
19.     void *ptr2 = LOS_MemAlloc(pool, TEST_MALLOC_SIZE);
20.     OsMemUsedNodeShow(pool);
22.     /* 释放内存池 */
23.     (VOID)LOS_MemDeInit(pool);
24. }
25. c

复制代码

效果验证
编译运行输出log如下：

1. /* 第一次OsMemUsedNodeShow打印，由于该内存池未分配，所以无内存节点 */
2. node            LR[0]       LR[1]       LR[2]
4. /* 第二次OsMemUsedNodeShow打印，有两个新的内存节点 */
5. node            LR[0]       LR[1]       LR[2]
6. 0x00402e0d90:  0x004009f040  0x0040037614  0x0040005480
7. 0x00402e0db0:  0x004009f04c  0x0040037614  0x0040005480

复制代码

对比两次log，差异如下，这些内存节点就是疑似走漏的内存块：

1. 0x00402e0d90:  0x004009f040  0x0040037614  0x0040005480
2. 0x00402e0db0:  0x004009f04c  0x0040037614  0x0040005480

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部门汇编文件如下:

1. 4009f014: 7d 1e a0 e3          mov        r1, #2000
2. 4009f018: 00 00 90 e5          ldr        r0, [r0]
3. 4009f01c: 67 7a fe eb          bl        #-398948 <LOS_MemAlloc>
4. 4009f020: 7d 1e a0 e3          mov        r1, #2000
5. 4009f024: 00 40 a0 e1          mov        r4, r0
6. 4009f028: c7 79 fe eb          bl        #-399588 <LOS_MemInit>
7. 4009f02c: 04 00 a0 e1          mov        r0, r4
8. 4009f030: 43 78 fe eb          bl        #-401140 <OsMemUsedNodeShow>
9. 4009f034: 04 00 a0 e1          mov        r0, r4
10. 4009f038: 08 10 a0 e3          mov        r1, #8
11. 4009f03c: 5f 7a fe eb          bl        #-398980 <LOS_MemAlloc>
12. 4009f040: 04 00 a0 e1          mov        r0, r4
13. 4009f044: 08 10 a0 e3          mov        r1, #8
14. 4009f048: 5c 7a fe eb          bl        #-398992 <LOS_MemAlloc>
15. 4009f04c: 04 00 a0 e1          mov        r0, r4
16. 4009f050: 3b 78 fe eb          bl        #-401172 <OsMemUsedNodeShow>
17. 4009f054: 3c 00 9f e5          ldr        r0, [pc, #60]
18. 4009f058: 40 b8 fe eb          bl        #-335616 <dprintf>
19. 4009f05c: 04 00 a0 e1          mov        r0, r4
20. 4009f060: 2c 7a fe eb          bl        #-399184 <LOS_MemDeInit>

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此中，通过查找0x4009f040，就可以发现该内存节点是在MemLeakTest接口里申请的且是没有释放的。
踩内存检测

根本概念

踩内存检测机制作为内核的可选功能，用于检测动态内存池的完整性。通过该机制，可以实时发现内存池是否发生了踩内存问题，并给堕落误信息，便于实时发现体系问题，提高问题解决效率，降低问题定位本钱。
功能配置

LOSCFG_BASE_MEM_NODE_INTEGRITY_CHECK：开关宏，默认关闭；若打开这个功能，可以在配置项中开启“Debug-> Enable integrity check or not”。
1、开启这个功能，每次申请内存，会实时检测内存池的完整性。
2、如果不开启该功能，也可以调用LOS_MemIntegrityCheck接口检测，但是每次申请内存时，不会实时检测内存完整性，而且由于节点头没有妖怪数字（开启时才有，省内存），检测的正确性也会相应降低，但对于体系的性能没有影响，故根据实际情况开关该功能。
由于该功能只会检测出哪个内存节点被粉碎了，并给出前节点信息（因为内存分布是连续的，当前节点最有可能被前节点粉碎）。如果要进一步确认前节点在那里申请的，需开启内存走漏检测功能，通过LR记载，辅助定位。
   注意： 开启该功能，节点头多了妖怪数字字段，会增大节点头大小。由于实时检测完整性，故性能影响较大；若性能敏感的场景，可以不开启该功能，使用LOS_MemIntegrityCheck接口检测。
  开辟指导

开辟流程

通过调用LOS_MemIntegrityCheck接口检测内存池是否发生了踩内存，如果没有踩内存问题，那么接口返回0且没有log输出；如果存在踩内存问题，那么会输出相关log，详见下文编程实例的效果输出。
编程实例

本实例实现如下功能：

• 申请两个物理上连续的内存块；
  
• 通过memset构造越界访问，踩到下个节点的头4个字节；
  
• 调用LOS_MemIntegrityCheck检测是否发生踩内存。
  

示例代码
该示例代码的测试函数可以加在 kernel /liteos_a/testsuites /kernel /src /osTest.c 中的 TestTaskEntry 中进行测试. 代码实现如下：

1. #include <stdio.h>
2. #include <string.h>
3. #include "los_memory.h"
4. #include "los_config.h"
6. void MemIntegrityTest(void)
7. {
8.     /* 申请两个物理连续的内存块 */
9.     void *ptr1 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8);
10.     void *ptr2 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8);
11.     /* 第一个节点内存块大小是8字节，那么12字节的清零，会踩到第二个内存节点的节点头，构造踩内存场景 */
12.     memset(ptr1, 0, 8 + 4);
13.     LOS_MemIntegrityCheck(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR);
14. }
15. c

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效果验证
编译运行输出log如下：

1. [ERR][OsMemMagicCheckPrint], 2028, memory check error!
2. memory used but magic num wrong, magic num = 0x00000000   /* 提示信息，检测到哪个字段被破坏了，用例构造了将下个节点的头4个字节清零，即魔鬼数字字段 */
4. broken node head: 0x20003af0  0x00000000  0x80000020, prev node head: 0x20002ad4  0xabcddcba  0x80000020
5. /* 被破坏节点和其前节点关键字段信息，分别为其前节点地址、节点的魔鬼数字、节点的sizeAndFlag；可以看出被破坏节点的魔鬼数字字段被清零，符合用例场景 */
7. broken node head LR info:  /* 节点的LR信息需要开启内存检测功能才有有效输出 */
8. LR[0]:0x0800414e
9. LR[1]:0x08000cc2
10. LR[2]:0x00000000
12. pre node head LR info:   /* 通过LR信息，可以在汇编文件中查找前节点是哪里申请，然后排查其使用的准确性 */
13. LR[0]:0x08004144
14. LR[1]:0x08000cc2
15. LR[2]:0x00000000
16. [ERR]Memory interity check error, cur node: 0x20003b10, pre node: 0x20003af0   /* 被

复制代码

如果大家想更加深入的学习 OpenHarmony（鸿蒙南向） 开辟的全栈内容，不妨可以参考以下相关学习文档进行学习，助你快速提拔自己：
OpenHarmony 开辟情况搭建：https://qr18.cn/CgxrRy

《OpenHarmony源码解析》：https://qr18.cn/CgxrRy

• 搭建开辟情况
  
• Windows 开辟情况的搭建
  
• Ubuntu 开辟情况搭建
  
• Linux 与 Windows 之间的文件共享
  
• ……
  
  
  
  

体系架构分析：https://qr18.cn/CgxrRy

• 构建子体系
  
• 启动流程
  
• 子体系
  
• 分布式使命调理子体系
  
• 分布式通信子体系
  
• 驱动子体系
  
• ……
  

OpenHarmony 设备开辟学习手册：https://qr18.cn/CgxrRy

OpenHarmony面试题（内含参考答案）：https://qr18.cn/CgxrRy

写在最后

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