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鸿蒙轻内核M核源码分析系列之Newlib C

发布日期:2022-01-13 14:03    点击次数:57

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LiteOS-M内核LibC实现有2栽,能够按照需求进走二选一,别离是musl libC和newlibc。本文先学习下Newlib C的实当代码。文中所涉及的源码,均能够在开源站点https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m 获取。

行使Musl C库的时候,内核挑供了基于LOS_XXX适配实现pthread、mqeue、fs、semaphore、time等模块的posix接口(//kernel/liteos_m/kal/posix)。内核挑供的posix接口与musl中的标准C库接口共同构成LiteOS-M的LibC。编译时行使arm-none-eabi-gcc,但只行使其工具链的编译功能,经历添上-nostdinc与-nostdlib强制行使吾们本身改造后的musl-C。

社区及三方厂商开发众行使公版工具链arm-none-eabi-gcc添上私有定制优化进走编译,LiteOS-M内核也声援公版arm-none-eabi-gcc C库编译内核运走。newlib是幼型C库,针对posix接口涉及编制调用的片面,newlib挑供一些必要编制适配的钩子函数,例如_exit(),_open(),_close(),_gettimeofday()等,操作编制适配这些钩子,就能够行使公版newlib工具链编译运走程序。

1、Newlib C文件编制

在行使Newlib C并且使能声援POSIX FS API时(能够在kernel\liteos-m\现在录下,实走make meuconfig弹出配置界面,路径为Compat-Choose libc implementation),如下图所示。能够行使文件kal\libc\newlib\porting\src\fs.c中定义的文件编制操作接口。这些是标准的POSIX接口,倘若想晓畅POSIX用法,能够在linux平台输入 man -a 函数名称,比如man -a opendir来掀开函数的手册。

鸿蒙轻内核M核源码分析系列二十 Newlib C-鸿蒙HarmonyOS技术社区 1.1 函数mount、umount和umount2

这些函数的用法,函数实现和musl c片面相反。

int mount(const char *source, const char *target,           const char *filesystemtype, unsigned long mountflags,           const void *data) {     return LOS_FsMount(source, target, filesystemtype, mountflags, data); }  int umount(const char *target) {     return LOS_FsUmount(target); }  int umount2(const char *target, int flag) {     return LOS_FsUmount2(target, flag); } 
1.2 文件操作接口

以下划线起头的函数实现是newlib c的钩子函数实现。相关newlib的钩子函数调用过程下文特意分析下。

int _open(const char *path, int oflag, ...) {     va_list vaList;     va_start(vaList, oflag);     int ret;     ret = LOS_Open(path, oflag);     va_end(vaList);     return ret; }  int _close(int fd) {     return LOS_Close(fd); }  ssize_t _read(int fd, void *buf, size_t nbyte) {     return LOS_Read(fd, buf, nbyte); }  ssize_t _write(int fd, const void *buf, size_t nbyte) {     return LOS_Write(fd, buf, nbyte); }  off_t _lseek(int fd, off_t offset, int whence) {     return LOS_Lseek(fd, offset, whence); }  int _unlink(const char *path) {     return LOS_Unlink(path); }  int _fstat(int fd, struct stat *buf) {     return LOS_Fstat(fd, buf); }  int _stat(const char *path, struct stat *buf) {     return LOS_Stat(path, buf); }  int fsync(int fd) {     return LOS_Fsync(fd); }  int mkdir(const char *path, mode_t mode) {     return LOS_Mkdir(path, mode); }  DIR *opendir(const char *dirName) {     return LOS_Opendir(dirName); }  struct dirent *readdir(DIR *dir) {     return LOS_Readdir(dir); }  int closedir(DIR *dir) {     return LOS_Closedir(dir); }  int rmdir(const char *path) {     return LOS_Unlink(path); }  int rename(const char *oldName, const char *newName) {     return LOS_Rename(oldName, newName); }  int statfs(const char *path, struct statfs *buf) {     return LOS_Statfs(path, buf); }  int ftruncate(int fd, off_t length) {     return LOS_Ftruncate(fd, length); } 

在newlib异国使能使能声援POSIX FS API往往,必要挑供这些钩子函数的空的实现,返回-1舛讹码即可。

int _open(const char *path, int oflag, ...) {     return -1; }  int _close(int fd) {     return -1; }  ssize_t _read(int fd, void *buf, size_t nbyte) {     return -1; }  ssize_t _write(int fd, const void *buf, size_t nbyte) {     return -1; }  off_t _lseek(int fd, off_t offset, int whence) {     return -1; }  int _unlink(const char *path) {     return -1; }  int _fstat(int fd, struct stat *buf) {     return -1; }  int _stat(const char *path, struct stat *buf) {     return -1; } 
2、Newlib C内存分配开释

newlibc 的malloc适配参考The Red Hat newlib C Library-malloc。实现malloc适配有以下两栽手段:

实现 _sbrk_r 函数。这栽手段中,内存分配函数行使newlib中的。 实现 _malloc_r, _realloc_r, _free_r, _memalign_r, _malloc_usable_size_r等。这栽手段中,内存分配函数能够行使内核的。

为了方便地按照营业进走内存分配算法调优和题目定位,选举选择后者。内核的内存函数定义在文件kal\libc\newlib\porting\src\malloc.c中。源码片段如下,代码实现比较浅易,不再分析源码。

...... void __wrap__free_r(struct _reent *reent, void *aptr) {     if (aptr == NULL) {         return;     }      LOS_MemFree(OS_SYS_MEM_ADDR, aptr); }  size_t __wrap__malloc_usable_size_r(struct _reent *reent, void *aptr) {     return 0; }  void *__wrap__malloc_r(struct _reent *reent, size_t nbytes) {     if (nbytes == 0) {         return NULL;     }      return LOS_MemAlloc(OS_SYS_MEM_ADDR, nbytes); }  void *__wrap__memalign_r(struct _reent *reent, size_t align, size_t nbytes) {     if (nbytes == 0) {         return NULL;     }      return LOS_MemAllocAlign(OS_SYS_MEM_ADDR, nbytes, align); } ...... 

能够已经仔细到函数命名由__wrap_添上钩子函数名称两片面构成。这是由于newlib中已经存在这些函数的符号,所以必要用到gcc的wrap的链接选项替换这些函数符号为内核的实现,在设备开发板的配置文件中,比如//device/board/fnlink/v200zr/liteos_m/config.gni,新添这些函数的wrap链接选项,示例如下:

board_ld_flags += [      "-Wl,--wrap=_malloc_r",      "-Wl,--wrap=_realloc_r",      "-Wl,--wrap=_free_r",      "-Wl,--wrap=_memalign_r",      "-Wl,--wrap=_malloc_usable_size_r", ] 
3、Newlib钩子函数介绍

以open函数的钩子函数_open为例来介绍newlib的钩子函数的调用过程。open()函数实现在newlib-cygwin\newlib\libc\syscalls\sysopen.c中,该函数会进一步调用函数_open_r,这是个可重入函数Reentrant Function,声援在众线程中运走。

int open (const char *file,         int flags, ...) {   va_list ap;   int ret;    va_start (ap, flags);   ret = _open_r (_REENT, file, flags, va_arg (ap, int));   va_end (ap);   return ret; } 

一切的可重入函数定义在文件夹newlib-cygwin\newlib\libc\reent,函数_open_r定义在该文件夹的文件newlib-cygwin\newlib\libc\reent\openr.c里。函数代码如下:

int _open_r (struct _reent *ptr,      const char *file,      int flags,      int mode) {   int ret;    errno = 0;   if ((ret = _open (file, flags, mode)) == -1 && errno != 0)     ptr->_errno = errno;   return ret; } 

函数_open_r如上述代码所示,会进一步调用函数_open,该函数,以arm硬件平台为例,实现在newlib-cygwin\libgloss\arm\syscalls.c文件里。newlib现在录是和硬件平台无关的痛殴他谁人功能实现,libloss现在录是底层的驱动实现,以各个硬件平台为文件夹进走构造。在特定硬件平台的现在录下的syscalls.c文件内里实现了newlib必要的各个桩函数:

/* Forward prototypes.  */ int _system     (const char *); int _rename     (const char *, const char *); int _isatty     (int); clock_t _times      (struct tms *); int _gettimeofday   (struct timeval *, void *); int _unlink     (const char *); int _link       (const char *, const char *); int _stat       (const char *, struct stat *); int _fstat      (int, struct stat *); int _swistat    (int fd, struct stat * st); void *  _sbrk       (ptrdiff_t); pid_t   _getpid     (void); int _close      (int); clock_t _clock      (void); int _swiclose   (int); int _open       (const char *, int, ...); int _swiopen    (const char *, int); int _write      (int, const void *, size_t); int _swiwrite   (int, const void *, size_t); _off_t  _lseek      (int, _off_t, int); _off_t  _swilseek   (int, _off_t, int); int _read       (int, void *, size_t); int _swiread    (int, void *, size_t); void    initialise_monitor_handles (void); 

对于上文挑到的函数_open,源码如下。后续不再不息分析了,LiteOS-M内核会挑供这些钩子函数的实现。

int _open (const char * path, int flags, ...) {   return _swiopen (path, flags); } 
幼结

本文学习了LiteOS-M内核Newlib C的实现,稀奇是文件编制和内存分配开释片面,末了介绍了Newlib钩子函数。

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