# 物理内存管理 - [基本概念](#section210891719217) - [运行机制](#section111355315213) - [开发指导](#section393116496217) - [接口说明](#section13210155619214) - [开发流程](#section178441091231) - [编程实例](#section1258174015319) - [结果验证](#section515091342819) ## 基本概念物理内存是计算机上最重要的资源之一，指的是实际的内存设备提供的、可以通过CPU总线直接进行寻址的内存空间，其主要作用是为操作系统及程序提供临时存储空间。LiteOS-A内核管理物理内存是通过分页实现的，除了内核堆占用的一部分内存外，其余可用内存均以4KiB为单位划分成页帧，内存分配和内存回收便是以页帧为单位进行操作。内核采用伙伴算法管理空闲页面，可以降低一定的内存碎片率，提高内存分配和释放的效率，但是一个很小的块往往也会阻塞一个大块的合并，导致不能分配较大的内存块。 ## 运行机制如下图所示，LiteOS-A内核的物理内存使用分布视图，主要由内核镜像、内核堆及物理页组成。内核堆部分见堆内存管理一节。 **图 1** 物理内存使用分布图 ![](figure/物理内存使用分布图.png "物理内存使用分布图") 伙伴算法把所有空闲页帧分成9个内存块组，每组中内存块包含2的幂次方个页帧，例如：第0组的内存块包含2的0次方个页帧，即1个页帧；第8组的内存块包含2的8次方个页帧，即256个页帧。相同大小的内存块挂在同一个链表上进行管理。 - 申请内存系统申请12KiB内存，即3个页帧时，9个内存块组中索引为3的链表挂着一块大小为8个页帧的内存块满足要求，分配出12KiB内存后还剩余20KiB内存，即5个页帧，将5个页帧分成2的幂次方之和，即4跟1，尝试查找伙伴进行合并。4个页帧的内存块没有伙伴则直接插到索引为2的链表上，继续查找1个页帧的内存块是否有伙伴，索引为0的链表上此时有1个，如果两个内存块地址连续则进行合并，并将内存块挂到索引为1的链表上，否则不做处理。 **图 2** 内存申请示意图 ![](figure/内存申请示意图.png "内存申请示意图") - 释放内存系统释放12KiB内存，即3个页帧，将3个页帧分成2的幂次方之和，即2跟1，尝试查找伙伴进行合并，索引为1的链表上有1个内存块，若地址连续则合并，并将合并后的内存块挂到索引为2的链表上，索引为0的链表上此时也有1个，如果地址连续则进行合并，并将合并后的内存块挂到索引为1的链表上，此时继续判断是否有伙伴，重复上述操作。 **图 3** 内存释放示意图 ![](figure/内存释放示意图.png "内存释放示意图") ## 开发指导 ### 接口说明 **表 1** 物理内存管理模块接口

功能分类	接口名称	描述
申请物理内存	LOS_PhysPageAlloc	申请一个物理页
	LOS_PhysPagesAlloc	申请物理页并挂在对应的链表上
	LOS_PhysPagesAllocContiguous	申请多页地址连续的物理内存
释放物理内存	LOS_PhysPageFree	释放一个物理页
	LOS_PhysPagesFree	释放挂在链表上的物理页
	LOS_PhysPagesFreeContiguous	释放多页地址连续的物理内存
查询地址	LOS_VmPageGet	根据物理地址获取其对应的物理页结构体指针
查询地址	LOS_PaddrToKVaddr	根据物理地址获取其对应的内核虚拟地址

### 开发流程内存申请时根据需要调用相关接口，小内存申请建议使用堆内存申请相关接口，4KiB及以上内存申请可以使用上述物理内存相关接口。 >![](../public_sys-resources/icon-note.gif) **说明：** >- 物理内存申请相关接口需要在OsSysMemInit接口完成初始化之后再使用； >- 内存申请的基本单位是页帧，即4KiB； >- 物理内存申请时，有地址连续要求的使用LOS\_PhysPagesAllocContiguous接口，无地址连续的要求尽量使用LOS\_PhysPagesAlloc接口，将连续的大块内存留给有需要的模块使用。 ### 编程实例编程示例主要是调用申请、释放接口对内存进行操作，包括申请一个页以及多个页的示例。 ``` #include "los_vm_phys.h" #define PHYS_PAGE_SIZE 0x4000 // 申请一个页 VOID OsPhysPagesAllocTest3(VOID) { PADDR_T newPaddr; VOID *kvaddr = NULL; LosVmPage *newPage = NULL; newPage = LOS_PhysPageAlloc(); if (newPage == NULL) { printf("LOS_PhysPageAlloc fail\n"); return; } printf("LOS_PhysPageAlloc success\n"); newPaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(newPage); kvaddr = OsVmPageToVaddr(newPage); // Handle the physical memory // Free the physical memory LOS_PhysPageFree(newPage); } // 申请多个页，不要求连续 VOID OsPhysPagesAllocTest2(VOID) { UINT32 sizeCount; UINT32 count; UINT32 size = PHYS_PAGE_SIZE; LosVmPage *vmPageArray[PHYS_PAGE_SIZE >> PAGE_SHIFT] = { NULL }; UINT32 i = 0; LosVmPage *vmPage = NULL; PADDR_T pa; size = LOS_Align(size, PAGE_SIZE); if (size == 0) { return; } sizeCount = size >> PAGE_SHIFT; LOS_DL_LIST_HEAD(pageList); count = LOS_PhysPagesAlloc(sizeCount, &pageList); if (count < sizeCount) { printf("failed to allocate enough pages (ask %zu, got %zu)\n", sizeCount, count); goto ERROR; } printf("LOS_PhysPagesAlloc success\n"); while ((vmPage = LOS_ListRemoveHeadType(&pageList, LosVmPage, node))) { pa = vmPage->physAddr; vmPageArray[i++] = vmPage; // Handle the physical memory } // Free the physical memory for (i = 0; i < sizeCount; ++i) { LOS_PhysPageFree(vmPageArray[i]); } return; ERROR: (VOID)LOS_PhysPagesFree(&pageList); } // 申请多个连续页 VOID OsPhysPagesAllocTest1(VOID) { VOID *ptr = NULL; LosVmPage *page = NULL; UINT32 size = PHYS_PAGE_SIZE; ptr = LOS_PhysPagesAllocContiguous(ROUNDUP(size, PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT); if (ptr == NULL) { printf("LOS_PhysPagesAllocContiguous fail\n"); return; } printf("LOS_PhysPagesAllocContiguous success\n"); // Handle the physical memory // Free the physical memory page = OsVmVaddrToPage((VOID *)ptr); LOS_PhysPagesFreeContiguous((VOID *)ptr, size >> PAGE_SHIFT); } UINT32 ExamplePhyMemCaseEntry(VOID) { OsPhysPagesAllocTest1(); OsPhysPagesAllocTest2(); OsPhysPagesAllocTest3(); return LOS_OK; } ``` ### 结果验证编译运行得到的结果为： ``` LOS_PhysPagesAllocContiguous success LOS_PhysPagesAlloc success LOS_PhysPageAlloc success ```