嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存管理

姓名：張猛

引用自：http://blog.csdn.net/baskmmu/article/details/41948491

【嵌牛導(dǎo)讀】：實(shí)時(shí)性摆舟、可靠性的要求恨诱，使得許多嵌入式應(yīng)用使用自己的內(nèi)存管理程序照宝。本文探討嵌入式系統(tǒng)中對(duì)內(nèi)存管理的要求厕鹃、存在的問題以及可能的解決策略剂碴；介紹一種“一次分配汗茄，多次使用”的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方法，并給出2個(gè)例子递览。

【嵌牛鼻子】：嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理一次分配多次使用

【嵌牛提問】：嵌入式系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存分配有什么要求绞铃？靜態(tài)分配與靜態(tài)分配，什么時(shí)候用哪個(gè)

【嵌牛正文】：

1.嵌入式系統(tǒng)中對(duì)內(nèi)存分配的要求

①快速性荚坞。嵌入式系統(tǒng)中對(duì)實(shí)時(shí)性的保證颓影，要求內(nèi)存分配過程要盡可能地快诡挂。因此在嵌入式系統(tǒng)中璃俗，不可能采用通用操作系統(tǒng)中復(fù)雜而完善的內(nèi)存分配策略城豁，一般都采用簡單唱星、快速的內(nèi)存分配方案魏颓。當(dāng)然甸饱，對(duì)實(shí)性要求的程序不同偷遗，分配方案也有所不同氏豌。例如泵喘，VxWorks采用簡單的最先匹配如立即聚合方法纪铺；VRTX中采用多個(gè)固定尺寸的binning方案鲜锚。

②可靠性芜繁。也就是內(nèi)存分配的請(qǐng)求必須得到滿足骏令，如果分配失敗可能會(huì)帶來災(zāi)難性的后果伏社。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境千變?nèi)f化摘昌，其中有一些是對(duì)可靠性要求極高的聪黎。比如稿饰，汽車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，系統(tǒng)檢測(cè)到即將撞車旅择，如果因?yàn)閮?nèi)存分配失敗而不能相應(yīng)的操作生真，就會(huì)發(fā)生車毀人亡的事故柱蟀，這是不能容忍的长已。

③高效性术瓮。內(nèi)存分配要盡可能地少浪費(fèi)斤斧。不可能為了保證滿足所有的內(nèi)存分配請(qǐng)求而將內(nèi)存配置得無限大。一方面悬垃，嵌入式系統(tǒng)對(duì)成本的要求使得內(nèi)存在其中只是一種很有限的資源尝蠕；另一方面看彼，即使不考慮成本的因素靖榕，系統(tǒng)有限的空間和有限的板面積決定了可配置的內(nèi)存容量是很限的料皇。

2.靜態(tài)分配與動(dòng)態(tài)分配 究竟應(yīng)用使用靜態(tài)分配還是動(dòng)態(tài)分配践剂，一直是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)爭論不休的總是逊脯。當(dāng)然军洼，最合適的答案是對(duì)于不同的系統(tǒng)采用不同的方案歉眷。如果是系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性和可靠性的要求極高（硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)）汗捡，不能容忍一點(diǎn)延時(shí)或者一次分配失敗扇住，當(dāng)然需要采用靜態(tài)分配方案艘蹋，也就是在程序編譯時(shí)所需要的內(nèi)存都已經(jīng)分配好了女阀。例如浸策，火星探測(cè)器上面的嵌入式系統(tǒng)就必須采用靜態(tài)分配的方案庸汗。另外改化，WindRiver公司的一款專門用于汽車電子和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)OSEKWorks中就不支持內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配陈肛。在這樣的應(yīng)用場(chǎng)合燥爷，成本不支持內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配前翎。在這樣的應(yīng)用場(chǎng)合港华，成本不是優(yōu)先考慮的對(duì)象，實(shí)時(shí)性和可靠性才是必須保證的臊岸。當(dāng)然灯帮，采用靜態(tài)分配一個(gè)不可避免的總是就是系統(tǒng)失去了靈活性钟哥，必須在設(shè)計(jì)階段就預(yù)先知道所需要的內(nèi)存并對(duì)之作出分配腻贰；必須在設(shè)計(jì)階段就預(yù)先考慮到所有可能的情況播演，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)沒有考慮到的情況宾巍，系統(tǒng)就無法處理肄程。這樣的分配方案必須導(dǎo)致很大的浪費(fèi)，因?yàn)閮?nèi)存分配必須按照最壞情況進(jìn)行最大的配置古徒，而實(shí)際上在運(yùn)行中可能使用的只是其中的一小部分隧膘；而且在硬件平臺(tái)不變的情況下疹吃，不可能靈活地為系統(tǒng)添加功能萨驶，從而使得系統(tǒng)的升級(jí)變得困難。大多數(shù)的系統(tǒng)是硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)的綜合腔呜。也就是說核畴，系統(tǒng)中的一部分任務(wù)有嚴(yán)格的時(shí)限要求谤草，而另一部分只是要求完成得越快越好。按照RMS（Rate Monotoin Scheduling）理論嚎杨，這樣的系統(tǒng)必須采用搶先式任務(wù)調(diào)度氧腰；而在這樣的系統(tǒng)中箩帚，就可以采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配來滿足那一部分可靠性和實(shí)時(shí)性要求不那么高的任務(wù)紧帕。采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的好處就是給設(shè)計(jì)者很大的靈活性愈案，可以方便地將原來運(yùn)行于非嵌入式操作系統(tǒng)的程序移植到嵌入式系統(tǒng)中站绪，比如恢准，許多嵌入式系統(tǒng)中使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧馁筐。如果必須采用靜態(tài)內(nèi)存分配，移植這樣的協(xié)議棧就會(huì)困難得多赦抖。另外队萤，采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配可以使設(shè)計(jì)者在不改變基本的硬件平臺(tái)的情況下要尔，比較靈活地調(diào)整系統(tǒng)的功能赵辕，在系統(tǒng)中各個(gè)功能之間作出權(quán)衡。例如蚕键，可以在支持的VLAN數(shù)和支持的路由條目數(shù)之間作出調(diào)整锣光，或者不同的版本支持不同的協(xié)議。說到底替废，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配給了嵌入式系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)者在比較少的限制和較大的自由椎镣。因此，大多數(shù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供了動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配接口惊科，例如malloc和free函數(shù)馆截。

3 .RTOS提供的內(nèi)存分配接口 不同的RTOS由于其不同的定位蜡娶，采用不同的內(nèi)存分配策略。

例如VRTX中宿接，采用類似于GNU C中由DougLea開發(fā)的內(nèi)存分配方案睦霎，即Binning算法，系統(tǒng)內(nèi)存被分成了一些固定尺寸的內(nèi)存塊的算法肮塞，系統(tǒng)內(nèi)存被分成了一些固定尺寸的內(nèi)存塊的集合枕赵。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是查找速度快而且不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片拷窜。但是赋荆，它的缺點(diǎn)也很明顯窄潭，就是容易造成浪費(fèi)，因?yàn)閮?nèi)存塊的尺寸只有有限個(gè)幽污，分配時(shí)只能取較大的內(nèi)存塊來滿足一個(gè)較小的需求距误，累積起來，浪費(fèi)就很大了惋鹅；而且操作系統(tǒng)管理這樣一個(gè)內(nèi)存分配表也是一個(gè)很大的負(fù)擔(dān)闰集。下面詳細(xì)介紹一下我們常用的RTOS——美國風(fēng)河公司（WindRiver）的VxWorks中采用的內(nèi)存分配策略。VxWorks的前身就是VRTX沐鼠，據(jù)說VxWorks的名稱來自makevrtx work饲梭。VxWorks的內(nèi)存管理函數(shù)存在于2個(gè)庫中焰檩；memPartLib（緊湊的內(nèi)存分區(qū)管理器）和memLib（完整的內(nèi)存分區(qū)管理器）兜叨。前者（memPartLib）提供的工具用于從內(nèi)存分區(qū)中分配內(nèi)存塊国旷。該庫包含兩類程序履羞，一類是通用工具創(chuàng)建和管理內(nèi)存分區(qū)并從這些分區(qū)中分配和管理內(nèi)存塊吧雹；另一類是標(biāo)準(zhǔn)的malloc/free程序提供與內(nèi)存分區(qū)的接口搓蚪。系統(tǒng)內(nèi)存分區(qū)（其ID為memSysPartId是一個(gè)全局變量）在內(nèi)核初始化時(shí)由usrRoot調(diào)用memInit創(chuàng)建悴能。其開始地址為RAM中緊接著VxWorks的BSS段之后漠酿，大小為所有空閑內(nèi)存，如圖1所示夫凸。 當(dāng)創(chuàng)建其它分區(qū)時(shí)，一般需要先調(diào)用malloc從系統(tǒng)內(nèi)存分區(qū)中分配一段內(nèi)存才能創(chuàng)建鸽扁。內(nèi)存分區(qū)的結(jié)構(gòu)定義為mem_part桶现，包含1個(gè)對(duì)象標(biāo)記吏夯，1個(gè)雙向鏈表管理空閑塊噪生，1個(gè)信號(hào)量保護(hù)該分區(qū)及一些統(tǒng)計(jì)信息，如總尺寸桨嫁、最大塊尺寸份帐、調(diào)試選項(xiàng)畜挨、已分配的塊數(shù)、已分配的尺寸等逮刨。其語句如下：

typedef struct mem_part

{ OBJ_CORE objCore; /*對(duì)象標(biāo)志*/

DL-LIST freeList修己；/*空閑鏈表*/

SEMAPHORE sem; /*保護(hù)分區(qū)的信號(hào)量*/

Unsigned totalWords；/*分區(qū)中字（WORD）數(shù)*/

Unsigned minBlockWords; /*以字為單位的最小塊尺寸*/

Unsigned options; /*選項(xiàng)戴涝，用于調(diào)試或統(tǒng)計(jì)*/ /*分配統(tǒng)計(jì)*/

unsigned curBlocksAllocated; /*當(dāng)前分配的塊數(shù)*/

unsigned curWorkdAllocated; /*當(dāng)前分配的字?jǐn)?shù)*/

unsigned cumBlockAllocated；/*累積分配的塊數(shù)*/

unsigned cumWordsAllocated；/*累積分配的字?jǐn)?shù)*/

}PARTITION映跟；

一般系統(tǒng)中只有1個(gè)內(nèi)存分區(qū)努隙，即系統(tǒng)分區(qū)荸镊，所有任務(wù)所需要的內(nèi)存直接調(diào)用malloc從其中分配张惹。分配采用First-Fit算法（注意這種算法容易導(dǎo)致大量碎片），通過free釋放的內(nèi)存將被聚合以形成更大的空閑塊拧额。這就是VxWorks的內(nèi)存分配機(jī)理进栽。分配時(shí)可以要求一定的對(duì)齊格式格嗅。注意，不同的CPU架構(gòu)有不同的對(duì)齊要求贴铜。為了優(yōu)化性能，malloc返回的指針是經(jīng)過對(duì)齊的轩褐，為此的開銷隨構(gòu)不同而不同把介。例如，68K為4字節(jié)對(duì)齊脚牍，開銷8字節(jié)；SPARC為8字節(jié)對(duì)齊砂缩，開銷12字節(jié)妹懒；MIPS為16字節(jié)對(duì)齊双吆，開銷12字節(jié)匾竿；I960為16字節(jié)對(duì)齊，開銷16字節(jié)。MemLib庫中提供了增強(qiáng)的內(nèi)存分區(qū)管理工具斋攀，并且增加了一些接口淳蔼，而且可以設(shè)置調(diào)試選項(xiàng)「┗可以檢測(cè)2類錯(cuò)誤：①嘗試分配太大的內(nèi)存泡仗；②釋放內(nèi)存時(shí)發(fā)現(xiàn)壞塊。有4種錯(cuò)誤處理選項(xiàng)，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)記錄消息或掛起任務(wù)崩瓤。 但是，使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配malloc/free時(shí)要注意到以下幾方面的限制颖系。①因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)存分區(qū)是一種臨界資源，由信號(hào)量保護(hù)偷拔，使用malloc會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前調(diào)用掛起姑丑，因此它不能用于中斷服務(wù)程序；②因?yàn)檫M(jìn)行內(nèi)存分配需要執(zhí)行查找算法，其執(zhí)行時(shí)間與系統(tǒng)當(dāng)前的內(nèi)存使用情況相關(guān)痴柔，是不確定的，因此對(duì)于有規(guī)定時(shí)限的操作它是不適宜的侈询；③由于采用簡單的最先匹配算法，容易導(dǎo)致系統(tǒng)中存在大量的內(nèi)存碎片，降低內(nèi)存使用效率和系統(tǒng)性能篷角。針對(duì)這種情況俩滥，一般在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用靜態(tài)分配與動(dòng)態(tài)分配相結(jié)合的方法。也就是對(duì)于重要的應(yīng)用以清，在系統(tǒng)初始化時(shí)分配好所需要的內(nèi)存。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不再進(jìn)行內(nèi)存的分配/釋放，這樣就避免了因內(nèi)存的分配釋放帶來的總是凛虽。而且在系統(tǒng)初始化，因?yàn)闆]有內(nèi)存碎片，對(duì)于大的內(nèi)存塊的需求容易滿足踏幻。對(duì)于其它的應(yīng)用信卡，在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配猾瘸。尤其是某些應(yīng)用所要求的大量固定尺寸的小內(nèi)存塊咐低，這時(shí)就可以采用一次分配多次使用的內(nèi)存分配方案钉汗。下面詳細(xì)介紹這種內(nèi)存分配方案及其應(yīng)用場(chǎng)合酒来。

4.一次分配多次使用的內(nèi)存分配方案 在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中显拜，經(jīng)常有一些類似于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用。這些應(yīng)用的特點(diǎn)是在內(nèi)存中管理一些樹，比如以太網(wǎng)交換機(jī)中的MAC地址表盹兢、VLAN表等，或者路由器中的路由表。這些樹是由許多相同尺寸的節(jié)點(diǎn)組成的。這樣徘铝，就可以每次分配一個(gè)大的緩沖池混埠，比如包含多個(gè)內(nèi)存單元的數(shù)組，每個(gè)內(nèi)存單元用于1個(gè)節(jié)點(diǎn)搔体。我們用一個(gè)空閑鏈表來管理該數(shù)組中的空閑內(nèi)存單元。每次程序需要分配內(nèi)存以創(chuàng)建1個(gè)新的節(jié)點(diǎn)時(shí)，就從空閑鏈表中取1個(gè)單元給調(diào)用者梁钾。程序刪除節(jié)點(diǎn)并釋放內(nèi)存時(shí)，將釋放的內(nèi)存單元返還給空閑鏈表。如果鏈表中的空閑內(nèi)存單元取空了月腋，就再次調(diào)用malloc從系統(tǒng)內(nèi)存中分配一個(gè)大的內(nèi)存塊作為新的緩沖池寨躁。采用這樣一種方案主要有如下優(yōu)點(diǎn)：①減少了malloc/free的調(diào)用次數(shù)方面，從而降低了風(fēng)險(xiǎn)，減少了碎片横腿；②因?yàn)閺木彌_池中取一個(gè)內(nèi)存單元是時(shí)間確定的（當(dāng)然，如果緩沖池耗盡從而需要重新調(diào)用malloc分配除外），因此它可以用于嚴(yán)格時(shí)限的場(chǎng)合從而保證實(shí)時(shí)性器腋；③它給用戶以自由來添加一些用于內(nèi)存分配和釋放的調(diào)試函數(shù)以及一些統(tǒng)計(jì)功能讲弄，更好地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中內(nèi)存的使用情況。這種方案必然涉及到一個(gè)緩沖池的結(jié)構(gòu)驹饺。一般緩沖池的結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：單元尺寸蝌借、塊尺寸（或者單元數(shù)目）、緩沖池指針酬荞、空閑鏈表、用于統(tǒng)計(jì)和調(diào)試的參數(shù)等。對(duì)緩沖池的操作包括創(chuàng)建緩沖池、釋放緩沖池止吁、從緩沖池中分配1個(gè)內(nèi)存單元宏怔、釋放內(nèi)存單元回緩沖池等抓艳。下面舉2個(gè)例子說明一下該方案的具體使用情況蔬胯。

5．1 Intel交換機(jī)驅(qū)動(dòng)程序中內(nèi)存分配 在以Intel的交換芯片為基礎(chǔ)的交換機(jī)方案中泼橘，因?yàn)椴捎玫氖擒浖刂穼W(xué)習(xí)的方式，需要在內(nèi)存中維護(hù)許多數(shù)據(jù)椎木，如MAC地址表的軟拷貝、VLAN表、靜態(tài)單播地址表鲤脏、組播地址表等硫嘶。這些表都是由一些樹組成，每個(gè)樹由一些固定尺寸的節(jié)點(diǎn)組成梧税。一般每個(gè)節(jié)點(diǎn)幾十個(gè)字節(jié)忆畅，每棵樹的節(jié)點(diǎn)數(shù)是可增長的家凯，少則幾十竭鞍，最多可到16K個(gè)節(jié)點(diǎn)裆馒。因此，很適合于采用該方案，具體的實(shí)現(xiàn)如下：

（1）緩沖池結(jié)構(gòu)BlockMemMgr typedef struct{ MemSize data_cell_size; /*數(shù)據(jù)單元的尺寸*/ MemSize block_size; /*塊尺寸*/ /*下面的變量為預(yù)定義的每個(gè)管理器最多包含的塊數(shù)辱士，如64 MAX_BLOCKS_OF_MEM_SIZE*/ Unsigned short blocks_being_used;/*已使用的塊數(shù)*/ Void mem_ptr[PAX_BLOCKS_OF_MEM_SIZE]; /*塊數(shù)組*/ SLList free_data_cells_list; /*空閑鏈表*/}BlockMemMgr;結(jié)構(gòu)中的參數(shù)包括：單元尺寸泪掀、塊尺寸、已用塊數(shù)颂碘、所有塊的地址族淮、空閑鏈表（單向鏈表）。

（2）緩沖池的管理函數(shù)

◆block_mem_create：創(chuàng)建塊內(nèi)存管理器凭涂，參數(shù)包括內(nèi)存指針（如為NULL祝辣，表示自己分配）、塊尺寸切油、單元尺寸蝙斜、返回管理器指針。 過程如下： ①檢驗(yàn)參數(shù)合法性澎胡。 ②單元尺寸4字節(jié)對(duì)齊孕荠，計(jì)算每個(gè)塊中的單元數(shù)。對(duì)內(nèi)存指針進(jìn)行4字節(jié)對(duì)齊或者分配內(nèi)存指針攻谁。③初始化結(jié)構(gòu)BlockMemMgr稚伍，包括單元尺寸和塊尺寸。設(shè)置第1個(gè)內(nèi)存塊的指針戚宦。如果內(nèi)存是外來的个曙，設(shè)置塊已用標(biāo)志（已用為0），表示不能增加塊受楼；否則垦搬，已用塊數(shù)設(shè)為1呼寸。 ④創(chuàng)建空閑鏈表，將塊內(nèi)所有單元添加到鏈表中猴贰，最后一個(gè)單元處于鏈表的最前面对雪。⑤返回BlockMemMgr。

◆block_mem_destroy：解構(gòu)一個(gè)塊內(nèi)存管理器米绕，釋放它所分配的所有內(nèi)存瑟捣，調(diào)用者負(fù)責(zé)外部內(nèi)存的釋放。參數(shù)為BlockMemMgr栅干。返回成功失敗標(biāo)志蝶柿。 ①參數(shù)合法性檢測(cè)。 ②刪除單向鏈表（設(shè)鏈表指針為NULL）非驮。 ③如果塊是動(dòng)態(tài)分配的，釋放它們雏赦。 ④釋放結(jié)構(gòu)BlockMemMgr劫笙。

◆block_malloc：從塊內(nèi)存管理器中分配1個(gè)單元。參數(shù)為BlockMemMgr星岗，返回?cái)?shù)據(jù)單元指針填大。 ①參數(shù)合法性檢測(cè)。②判斷空閑鏈表是否為空（是否為NULL）俏橘。如果為空允华，判斷是否可以動(dòng)態(tài)分配塊，如果不能寥掐，返回失斞ゼ拧；如果可以動(dòng)態(tài)分配塊召耘，則分配1個(gè)塊百炬，執(zhí)行與block_mem_create一樣的操作。 ③從空閑鏈表中分配第1個(gè)單元污它，返回其指針剖踊。 注意這里有一個(gè)小技巧，即數(shù)據(jù)單元在空閑時(shí)其中存放空閑鏈表的節(jié)點(diǎn)信息衫贬，而分配后則存放數(shù)據(jù)內(nèi)容德澈。

◆block_free：釋放1個(gè)數(shù)據(jù)單元，返回塊內(nèi)存管理器固惯。小心不要對(duì)1個(gè)單元釋放2次梆造。參數(shù)為BlockMemMgr和單元指針。 ①參數(shù)合法性檢測(cè)葬毫。 ②地址比較澳窑，判斷數(shù)據(jù)單元屬于哪個(gè)塊斧散。③判斷數(shù)據(jù)單元的內(nèi)容是否為空閑鏈表節(jié)點(diǎn)信息（也就是塊內(nèi)某單元的地址），從而確定是否為2次釋放摊聋。 ④將該數(shù)據(jù)單元插入到空閑鏈表的前面鸡捐。⑤引用該單元的指針設(shè)為NULL。

內(nèi)存管理代碼遵守如下約定：①管理的內(nèi)存是實(shí)際可寫的內(nèi)存麻裁；②分配內(nèi)存是4字節(jié)或32位對(duì)齊箍镜；③block_malloc、block_free在中斷級(jí)調(diào)用是部分安全的煎源，除非BLOCK中已經(jīng)沒有空閑CELL色迂，需要重新調(diào)用malloc分配新的BLOCK（而malloc和free就不是安全的，因?yàn)槠渲惺褂昧诵盘?hào)量和搜索算法手销，容易引起中斷服務(wù)程序阻塞）歇僧。當(dāng)然，block_mem_create和block_mem_destroy必須在進(jìn)程級(jí)調(diào)用锋拖。4．2 TMS中的內(nèi)存分配TMS是WindRiver公司為可管理式交換機(jī)推出的開發(fā)包诈悍。它用用IDB來管理各種協(xié)議的數(shù)據(jù)，比如STP和GVRP等兽埃。為了支持IDB侥钳，它建立了自己的緩沖池管理方案，程序在bufPoolLib.c中柄错。該程序包含用于緩沖池管理的函數(shù)舷夺，這些函數(shù)允許從1個(gè)池中分配固定數(shù)目和大小的緩沖區(qū)。通過預(yù)先分配一定數(shù)目固定大小的緩沖區(qū)售貌，避免了反復(fù)的小的內(nèi)存塊分配/釋放相關(guān)聯(lián)的內(nèi)存碎片和浪費(fèi)给猾。既然它從1個(gè)單一的塊中分配緩沖池，也比對(duì)每一個(gè)緩沖區(qū)執(zhí)行1次分配有更高的空間效率颂跨。模塊對(duì)每個(gè)緩沖區(qū)加上1個(gè)標(biāo)記（MAGIC）耙册，釋放時(shí)會(huì)檢查標(biāo)記。模塊給用戶提供分配和釋放操作定義回調(diào)函數(shù)的能力毫捣。這樣可以做到自動(dòng)的對(duì)象創(chuàng)建和解構(gòu)详拙，同時(shí)允許由多個(gè)緩沖池分配的成員組成的對(duì)象做為1個(gè)單一的實(shí)體刪除。這類似于C++中自動(dòng)的對(duì)象構(gòu)建和解構(gòu)蔓同，不過是用C語言并且沒有堆棧分配的負(fù)擔(dān)饶辙。模塊既允許從堆棧中分配緩沖池（通過calloc），也可以在用戶分配的空間中創(chuàng)建它們斑粱。模塊用1個(gè)單向鏈表來維護(hù)未分配的緩沖區(qū)弃揽，但不跟蹤已分配的緩沖區(qū)。模塊并不是任務(wù)安全的，用戶需要用信號(hào)時(shí)來保護(hù)緩沖池矿微。

（1）緩沖池結(jié)構(gòu)

typedef struct

{ ulong_t magic; /*用于一致性檢測(cè)的特殊標(biāo)記*/

Boolean localAlloc; /*內(nèi)存是否在創(chuàng)建緩沖區(qū)時(shí)分配*/

SL_LIST freeList; /*空閑鏈表*/

Void store; /*緩沖區(qū)指向的內(nèi)存指針*/

STATUS(*createFn)(void*,ulong_t argl); /*創(chuàng)建緩沖區(qū)時(shí)的回調(diào)函數(shù)指針*/

STATUS（*destroyFn）(void*,ulong_targl);/*釋放緩沖區(qū)時(shí)的回調(diào)函數(shù)指針*/

Ulong_t argVal;/*回調(diào)函數(shù)的參數(shù)*/

} buf_pool_t;

結(jié)構(gòu)中的參數(shù)包括檢查標(biāo)記MAGIC痕慢、是否本地分配、空閑鏈表涌矢、內(nèi)存指針掖举、創(chuàng)建緩沖池的回調(diào)函數(shù)指針、釋放時(shí)的回調(diào)函數(shù)指針娜庇、回調(diào)函數(shù)參數(shù)塔次。

（2）相關(guān)函數(shù)

◆BufPoolInitializeStorage：分配和初始化存儲(chǔ)區(qū)。參數(shù)包括存儲(chǔ)區(qū)地址（如為NULL名秀，則本地分配）励负、緩沖區(qū)大小、緩沖區(qū)個(gè)數(shù)匕得。 ①根據(jù)緩沖區(qū)大小和個(gè)數(shù)獲得所需的內(nèi)存大小继榆。 ②如果指針為NULL，則調(diào)用calloc分配內(nèi)存汁掠。設(shè)置本地分配標(biāo)志略吨。 ③初始化內(nèi)存為0。 ④初始化指針调塌。分配的內(nèi)存塊最前面為緩沖池結(jié)構(gòu)buf_pool_t。實(shí)際的存儲(chǔ)區(qū)緊隨其后惠猿。Buf_pool_t包含參數(shù)檢查標(biāo)記羔砾、是否本地分配、存儲(chǔ)區(qū)地址偶妖、分配時(shí)回調(diào)函數(shù)姜凄、釋放時(shí)回調(diào)函數(shù)、回調(diào)函數(shù)變量趾访。此時(shí)只設(shè)置存儲(chǔ)區(qū)指針态秧。

◆BufPoolCreate：創(chuàng)建緩沖池。參數(shù)為內(nèi)存制止扼鞋。緩沖區(qū)尺寸和個(gè)數(shù)申鱼，創(chuàng)建時(shí)回調(diào)函數(shù)、釋放時(shí)回調(diào)函數(shù)云头、回調(diào)函數(shù)參數(shù)捐友。①尺寸對(duì)齊。 ②調(diào)用bufPoolInitializeStorage初始化內(nèi)存區(qū)和buf_pool_t結(jié)構(gòu)溃槐。 ③用傳入?yún)?shù)填充buf_pool_t結(jié)構(gòu)匣砖。 ④將緩沖區(qū)添加到空閑鏈表中，最后的緩沖區(qū)在最前面『秭辏◆BufPoolDestroy：刪除緩沖池对人。參數(shù)為buf_pool_t指針。 ①檢查緩沖池結(jié)構(gòu)中的MAGIC字段是否被個(gè)性拂共。②如果是本地分配的則翻放內(nèi)存區(qū)

◆BufPoolAlloc：從緩沖池中分配一個(gè)緩沖區(qū)牺弄，參數(shù)為緩沖池結(jié)構(gòu)指針。如果存在空閑緩沖區(qū)匣缘，則從空閑鏈表中除并提供給調(diào)用者猖闪，執(zhí)行創(chuàng)建時(shí)回調(diào)函數(shù)。如果回調(diào)函數(shù)返回錯(cuò)誤肌厨，則將緩沖區(qū)返還給空閑鏈表培慌。①檢查緩沖池結(jié)構(gòu)中的MAGIC標(biāo)記是否完好。 ②從空閑鏈表中取出頭一個(gè)節(jié)點(diǎn)柑爸。 ③如果節(jié)點(diǎn)不為空吵护，清空節(jié)點(diǎn)，以其地址為參數(shù)調(diào)用回調(diào)函數(shù)表鳍。④如果回調(diào)函數(shù)返回錯(cuò)誤馅而，則將節(jié)點(diǎn)還給空閑鏈表。 ⑤返回得到空閑緩沖區(qū)地址譬圣。

◆BufPoolFree：將緩沖區(qū)返回給緩沖池瓮恭。如果定義了回調(diào)函數(shù)，將在歸還緩沖之間調(diào)用回調(diào)函數(shù)厘熟。參數(shù)為緩沖池結(jié)構(gòu)和緩沖區(qū)指針屯蹦。①緩沖池MAGIC標(biāo)記是否完好。 ②如果定義回調(diào)函數(shù)绳姨、調(diào)用之登澜。如果返回錯(cuò)誤，則設(shè)置錯(cuò)誤號(hào)飘庄。 ③將緩沖區(qū)添加到空閑鏈表中頭部脑蠕。注意該函數(shù)有2點(diǎn)：①回調(diào)函數(shù)返回錯(cuò)誤，照樣歸還緩沖區(qū)跪削。②沒有檢查緩沖區(qū)是否二次釋放谴仙，這一點(diǎn)與Intel的驅(qū)動(dòng)程序不同。 另外碾盐，TMS的緩沖池沒有BLOCK要領(lǐng)狞甚，不需要判斷哪個(gè)CELL屬于哪個(gè)BLOCK，簡化 了操作廓旬。5小結(jié) 許多嵌入式應(yīng)用在RTOS提供的malloc/free的基礎(chǔ)上編寫自己的內(nèi)存管理方案哼审。編寫這樣的內(nèi)存管理方案谐腰，目的無非有兩個(gè)：一是減少對(duì)malloc/free的依賴，從而避免由之帶來的內(nèi)存碎片涩盾、時(shí)間不確定等總是十气；另一個(gè)是增強(qiáng)程序的查錯(cuò)能力，送還內(nèi)存使用錯(cuò)誤春霍。對(duì)于在嵌入式系統(tǒng)中廣泛存在的數(shù)據(jù)庫類型的內(nèi)存需求砸西，即分配多個(gè)固定尺寸的內(nèi)存單元的要求，“一閃分配址儒，多次使用”的方案無疑是一種很好的解決之道芹枷。文中介紹的2個(gè)例子很好地體現(xiàn)了它的優(yōu)越性。