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  • iOS中内存管理方案

    千次阅读 2019-06-13 11:57:59
    系统提供的有不同的内存管理方案,大致有如下三种: TaggedPointer(对于一些小对象,比如说NSNumber,NSString等采用此种方案) NONPOINTER_ISA(64位架构下iOS应用程序) 散列表(散列表为复杂的数据结构,包含...

    系统提供的有不同的内存管理方案,大致有如下三种:

    • TaggedPointer (对于一些小对象,比如说NSNumber,NSString等采用此种方案)
    • NONPOINTER_ISA (64位架构下iOS应用程序)
    • 散列表 (散列表为复杂的数据结构,包含了引用计数表和弱引用表)

    TaggedPointer

    以下2段代码能发生什么事?有什么区别?

    - (void)setName:(NSString *)name
    {
        if (_name != name) {
            [_name release];
            _name = [name retain];
        }
    }
    
    - (void)viewDidLoad {
        [super viewDidLoad];
        
        dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            dispatch_async(queue, ^{
                // 加锁
                self.name = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
                // 解锁
            });
        }
        
    //    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    //
    //    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    //        dispatch_async(queue, ^{
    //            self.name = [NSString stringWithFormat:@"abc"];
    //        });
    //    }
        
    //    NSString *str1 = [NSString stringWithFormat:@"abcdefghijk"];
    
    //    NSLog(@"%p", str1);
    }
    

    当赋值为abc的时候,会当成是一个TaggedPointer,直接修改成员变量,故不会报错,当赋值为abc的时候,会当成是一个NONPOINTER_ISA,多条线程同时操作一个属性,在nonatomic下面会有多线程的问题,如果要解决这个问题,可以把属性改成atomic。(就是判断isTaggedPointer,在mac平台,指针的最低有效位是1,就是TaggedPointer;在ios平台,指针的最高有效位是1,就是TaggedPointer)

    NONPOINTER_ISA

    indexed:0:这里存的是当前对象的类对象地址;1:除地址外还有内存管理方面数据

    has_assoc:当前对象是否有关联对象

    has_cxx_dtor:当前对象是否有使用到C++方面的内容

    shiftcls:当前对象类对象的指针地址

    wealy_referenced:是否有相应的弱引用指针

    deallocting:是否正在进行dealloc操作

    has_sidetable_rc:是否内存管理数据过大,过大或用sidetable储存

    extra_rc:储存内存管理相关

    散列表方式

    alloc

     用alloc的时候并没有引用计数+1,通过一系列调用,最终调用c函数的calloc;


     

    dealloc:

    可以看到执行过程比较简单,_objc_rootDealloc -> rootDealloc -> objc_object::rootDealloc,

    在objc_object::rootDealloc中判断对象的几个条件:

    1. isa.nonpointer,32位系统和64位系统isa的结构不同,为0表示isa直接指向对象的class,为1表示isa不是直接指向class
    2. 是否有注册weak引用表
    3. 是否有association关联属性
    4. 是否有c++析构
    5. 是否有引用计数表

    在object_dispose中调用objc_destructInstance主要做了以下操作:

    1. object_cxxDestruct,这里主要是用于释放对象的实例变量
    2. _object_remove_assocations,移除掉所有关联属性,即通过objc_setAssociatedObject添加的关联属性
    3. clearDeallocating,先清空weak变量表且将所有weak引用指向nil,然后清空引用计数表。

    最后通过free函数清除对象内存。

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  • 一种VxWorks内存管理方案

    千次阅读 2012-06-20 10:40:57
    摘要:探讨嵌入式开发对内存管理的基本要求、嵌入式开发内存管理的关键问题以及给出一种VxWorks内存管理方案,即把除VxWorks系统保留内存以外的内存分为三种类型进行管理:固定大小的缓冲池、动态可变的堆以及由各种...

    摘要:探讨嵌入式开发对内存管理的基本要求、嵌入式开发内存管理的关键问题以及给出一种VxWorks内存管理方案,即把除VxWorks系统保留内存以外的内存分为三种类型进行管理:固定大小的缓冲池、动态可变的堆以及由各种固定大小的缓冲区组成的队列。

       目前,针对有内存管理单元MMU(Memory Management Unit)的处理器设计的一些桌面操作系统,如Windows、Linux,使用了虚拟存储器的概念。虚拟内存地址被送到MMU映射为物理地址,实际存储器被分割为相同大小的页面,采用分页的方式载人进程。
       大多数嵌人式系统针对没有MMU的处理器设计,不能使用处理器的虚拟内存管理技术,而采用实存储器管理策略。因而对于内存的访问是直接的,它对地址的访问不需要经过MMU,而是直接送到地址线上输出,所有程序中访问的地址都是实际物理地址;而且,大多数嵌人式操作系统对内存空间没有保护,各个进程实际上共享一个运行空间。一个进程在执行前,系统必须为它分配足够的连续地址空间,然后全部载人主存储器的连续空间。
        由此可见,嵌人式系统的开发人员不得不参与系统的内存管理。从编译内核开始,开发人员必须告诉系统这块开发板到底拥有多少内存;在开发应用程序时,必须考虑内存的分配情况并关注应用程序需要运行空间的大小。另外, 由于采用实存储器管理策略,用户程序同内核以及其他用户程序在一个地址空间,程序开发时要保证不侵犯其它程序的地址空间,以使得程序不至于破坏系统的正常工作,或导致其他程序的运行异常;因而,嵌人式系统的开发人员对软件中的一些内存操作要格外小心。

    1 嵌入式系统中对内存分配的要求
        嵌人式系统开发对内存分配有很高的要求:
    ① 内存能快速申请和释放,即快速性。嵌人式系统中对实时性的保证,要求内存分配过程要尽可能地快;
    ② 内存分配保持原子性,即可靠性。也就是内存分配的请求必须得到满足,如果分配失败可能会带来灾难性的后果;
    ③ 内存应该各尽其用,即高效性。内存分配要尽可能地少浪费。不可能为了保证满足所有的内存分配请求而将内存配置得无限大。

    2 VxWorks内存管理机制
        VxWorks采用用户程序、内核处于同一个地址空间的内存管理策略,软件开发人员在开发程序时必须保证不侵犯其他程序和内核的地址空间,以免破坏系统的正常工作或导致其他程序异常运行。内核负责为程序分配内存、动态分配内存和回收内存。VxWorks为用户提供两种内存区域:内存域region和内存分区partitionregion是可变长的内存区,可以从创建的region中在分配段segment,region的特点是容易产生碎片,但灵活、不浪费;partition是定长的内存区,用户可以从创建的partition中分配内存块或在某个内存分区中再创建一个内存分区,partition的特点是无碎片、效率高,但浪费。通常,VxWorks内核和应用程序对内存的操作是基于内存分区进行的。内存池是一块连续的内存区域,包含一个或多个内存块。内存分区包含分区自身的描述信息(一个结构体)和一个或多个内存池,描述信息保存在系统内存分区中,内存池是该分区实际拥有的内存空间。内存分区刚创建完毕时,只有一个内存池,以后用户程序可往该分区中添加内存池。内存池之间的地址不一
    定连续,VxWorks在启动过程中会创建一个包含系统内存池的系统内存分区,如图1所示。VxWorks的内存管理采用自由链管理内存空闲块。用首先适配算法动态分配内存,内存释放时,采用上下空闲区融合的方法,即把相邻的空闲内存块合并,没有清理碎片的功能。

    3 对VxWorks内存管理的改进
        改进的缓冲区管理模块的作用在于加强VxWorks实时操作系统对内存的管理,并为上层应用程序提供所需内存申请和释放工作。因此本改进模块位于VxWorks实时操作系统模块和应用程序模块之间。
        CPU实际物理内存在bootRoom启动时划分为两部分:VxWorks内核操作系统内存和保留给用户管理的内存。为了便于管理,对为用户保留内存作进一步划分,使用memPartCreate函数创建两个内存分区:一个分区用来生成预先申请好固定大小缓冲池;另一分区以堆方式向上层提供的缓冲池。这样就把物理内存划分成3个部分:
    (1)Paal:VxWorks系统内存,在物理低端;
    (2)Part2:预先申请好的固定大小的缓冲池,每种固定长度的内存缓冲区形成一个队列;
    (3)Pan3:以堆方式提供给上层应用程序的缓冲池;
    内存划分如图2所示。
     
    3.1 不同大小固定长度缓冲区管理
        为了避免内存碎片,我们采用预先分配内存块的方式实现对堆内存分区进行管理:分区内的所有内存队列,每个队列管理一定数量大小相同且已经申请好的内存块,这些内存块永久占用。然后对每个内存队列管理数据结构进行维护。上层应用程序调用模块接口函数从缓冲池中
    申请和释放。每块缓冲区的用户区填充默认内容。

    3.2 堆方式内存的管理
        对于堆内存的使用,我们对VxWorks的两个内核函数memPartAlloc()和memPartFree()进行了封装,并在调试版本中加入信息,如图3所示。
    图中:BLOCK- HDR表示内存块头,OAHEAD表示块附加信息头,pbuf指向实际的堆空间,size为堆的大小。
     
    3.3 快速内存分配管理
        对于协议等存在大量、快速地申请/释放内存的操作而言,在系统运行一段时间后内存都变成了碎片,再申请大块内存时容易失败。提供一种快速的内存申请/释放的方式,并且最大程度地减少系统的内存碎片。提供64/128/……/524 288大小的内存使用快速内存分配管理机制,则在一个大的内存块内部进行内存使用,申请/释放时不涉及到系统对内存的拆链/建链过程,比较快速,并且对释放的内存进行合并,保证系统有尽可能多的大块内存。如图4所示。
     
    4 小结
        许多嵌入式应用开发在实时操作系统提供的malloc()和free()函数的基础上编写自己的内存管理方案。编写这样的内存管理方案,一方面可以减少对malloc()和free()函数的依赖,统一内存应用接口,从而避免此之带来的内存碎片、时间不确定等缺点,另一方面可以增强程序的查错能力,减少内存使用错误。对于在嵌入式系统中广泛存在的数据库类型的内存需求,把由用户管理的内存分为固定大小的缓冲区、以堆方式分配的缓冲区和不同固定大小内存队列的分配方式,体现了内存管理的优越性

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  • 一个基于链表的内存管理方案

    千次阅读 2010-06-11 22:29:00
    在OpenVPN中,一种很不错的内存管理方案是基于链表的,该方案的实现使用了一个gc_arena结构体,该结构体的作用就是将所有的动态分配的内存块收集汇集起来,然后就可以在一个地方统一释放,c语言对动态内存管理...

    在OpenVPN中,一种很不错的内存管理方案是基于链表的,该方案的实现使用了一个gc_arena结构体,该结构体的作用就是将所有的动态分配的内存块收集汇集起来,然后就可以在一个地方统一释放,c语言对动态内存管理的劣势就是无法跟踪动态内存,因此也就将管理动态内存的事情交给了程序员来完成,然后就有了无数次的由于内存泄露导致的bug,虽然c++实现了很多内存管理方案,比如智能指针之类的,但是其复杂性无不揉进了c++这种重量级语言本身,使得本已复杂的语言带上特定的库之后更加臃肿,并且在c++中实现的动态内存管理无非就是使用了构造函数,析构函数之类的,规范相当地复杂,如果有人觉得不复杂,那么他要么是一个初学c++的人,要么是一个学了c但是没有学好的人。
         如果将这个话题展开谈,动态内存管理其实并不是很复杂,其唯一的技术难题就是跟踪动态内存的分配,而不是具体的释放时机,一旦所有的动态分配被成功跟踪了,那么释放时机就是程序员的事情了,以前程序员由于跟踪不了动态内存分配而导致内存泄露,那实在不是程序员的错,毕竟程序越来越大越不可控,而每个人也不一定都是高手,但是如果你时刻都能得到当前分配了哪些内存,但是还是泄露,那就是你个人问题了,所以说,只要做到动态内存分配的汇总即可。OpenVPN的内存管理方案就是巧妙地将动态分配的内存组织成了链表,然后在“合适”的时机来统一释放,这个释放不是释放某一个内存块,而是释放被收集的所有的内存块。首先看一下这个机制的基础设施:
    struct gc_entry { //gc机制的单向链表
        struct gc_entry *next;
    };
    struct gc_arena {//最重要的外层结构体,gc机制构建于之上
        struct gc_entry *list;
    };
    static inline struct gc_arena gc_new (void)
    { //分配一个gc,注意是inline,否则返回栈上的缓冲区是错误的
        struct gc_arena ret;
        ret.list = NULL; //初始化
        return ret;
    }
    static inline void gc_free (struct gc_arena *a)
    { //链表的释放,释放掉链表上所有的动态内存区域
        if (a->list)
            x_gc_free (a);
    }
    void x_gc_free (struct gc_arena *a)
    { //具体的释放动作
        struct gc_entry *e;
        e = a->list;
        a->list = NULL;
        while (e != NULL) { //遍历链表的元素,逐个释放之
            struct gc_entry *next = e->next;
            free (e);
                  e = next;
            }
    }
    void *gc_malloc (size_t size, bool clear, struct gc_arena *a)
    {  //重要的分配函数
        void *ret;
        if (a) {
            struct gc_entry *e; //注意下面分配的空间大小要加上gc_entry的大小,gc_entry负责管理
            e = (struct gc_entry *) malloc (size + sizeof (struct gc_entry));
            check_malloc_return (e);
            ret = (char *) e + sizeof (struct gc_entry); //只把除去管理数据的内存返回给调用者
            e->next = a->list; //将该块内存链接入链表
            a->list = e;
        }
    ...
        if (clear) //分配一块清0内存
            memset (ret, 0, size);
        return ret;
    }
    以上代码很清晰,下面则是使用上述机制的一个例子:
    int mmalloc(struct gc_arena *gc)
    {//如果下面的换成malloc(1000)的话,则瞬间就完蛋了。
            char *buf = (char *)gc_malloc (1000, 1, gc);
    }
    int main(int argc, char **argv)
    {
            struct gc_arena gc = gc_new();
            gc.list = NULL;
            int i = 0, j = 0;
            while (1) {
                    i++;
                    while (j++ < 10) {
                            mmalloc(&gc);
                    }
                    j = 0;
                    gc_free(&gc);
            }

    }
    何谓“合适”的时机,到底在什么时候释放呢?这实际上是个问题,答案就是需要你自己掌握,也就是说你必须知道什么时候那些分配的缓冲区没有用了,这个gc机制所做的仅仅是帮你搜集到所有的缓冲区,而不是负责帮你决定释放的时机,如果你理解linux kernel的计数器机制的话,那么一定会为这种内存管理机制叹为观止,不过说实话,即使是计数器机制也是需要程序员自己把握什么时候调用free,而在free中递减计数器,计数器机制为你做的只是控制计数器为当前正在使用该内存的路径数量,具体何时该释放还是需要程序员自己控制,实际上不要贪图任何毫无代价的自动内存管理机制,也没有那样的机制,目前实现的需要付出代价的内存管理机制主要有两种,一种是c++牺牲了简单性原则实现的利用诸如构造函数/析构函数之类的机制,它实质上是利用一些c++的固定标准来实现的,另一种则是牺牲了性能和可控性的垃圾收集机制,java使用该种方式,java虚拟机需要维护一个对象引用图,定期触发垃圾收集而将游离的图节点内存回收。可见唯一不需要付出系统代价的就是c的实现了,可是却需要程序员在写代码时付出代价,不管怎样,就简单就是美的原则来讲我宁可使用C的方法也不喜欢c++或者java那种看似简单实则臃肿的方式

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  • 为了便于内存的分配和释放,AWorks提供了两种内存管理工具:堆和内存池。 本文为《面向AWorks框架和接口的编程(上)》第三部分软件篇——第9章内存管理——第1~2小节:堆管理器和内存池。 本章导...

    在程序运行过程中,可能产生一些数据,例如,串口接收的数据,ADC采集的数据。若需将数据存储在内存中,以便进一步运算、处理,则应为其分配合适的内存空间,数据处理完毕后,再释放相应的内存空间。为了便于内存的分配和释放,AWorks提供了两种内存管理工具:堆和内存池。

    本文为《面向AWorks框架和接口的编程(上)》第三部分软件篇——第9章内存管理——第1~2小节:堆管理器和内存池。

    本章导读

    在计算机系统中,数据一般存放在内存中,只有当数据需要参与运算时,才从内存中取出,交由CPU运算,运算结束再将结果存回内存中。这就需要系统为各类数据分配合适的内存空间。

    一些数据需要的内存大小在编译前可以确定。主要有两类:一类是全局变量或静态变量,这部分数据在程序的整个生命周期均有效,在编译时就为这些数据分配了固定的内存空间,后续直接使用即可,无需额外的管理;一类是局部变量,这部分数据仅在当前作用域中有效(如函数中),它们需要的内存自动从栈中分配,也无需额外的管理,但需要注意的是,由于这一部分数据的内存从栈中分配,因此,需要确保应用程序有足够的栈空间,尽量避免定义内存占用较大的局部变量(比如:一个占用数K内存的数组),以避免栈溢出,栈溢出可能破坏系统关键数据,极有可能造成系统崩溃。

    一些数据需要的内存大小需要在程序运行过程中根据实际情况确定,并不能在编译前确定。例如,可能临时需要1K内存空间用于存储远端通过串口发过来的数据。这就要求系统具有对内存空间进行动态管理的能力,在用户需要一段内存空间时,向系统申请,系统选择一段合适的内存空间分配给用户,用户使用完毕后,再释放回系统,以便系统将该段内存空间回收再利用。在AWorks中,提供了两种常见的内存管理方法:堆和内存池。

    9.1  堆管理器

    堆管理器用于管理一段连续的内存空间,可以在满足系统资源的情况下,根据用户的需求分配任意大小的内存块,完全“按需分配”,当用户不再使用分配的内存块时,又可以将内存块释放回堆中供其它应用分配使用。类似于C标准库中的malloc()/free()函数实现的功能。

    9.1.1  堆管理器的原理概述

    在使用堆管理器前,首先通过一个示例对其原理作简要的介绍,以便用户更加有效的使用堆管理器。例如,使用堆管理器对1024字节的内存空间进行管理。初始时,所有内存均处于空闲状态,可以将整个内存空间看作一个大的空闲内存块。示意图详见图9.1。

    图9.1 初始状态——单个空闲内存块

    内存分配的策略是:当用户申请一定大小的内存空间时,堆管理器会从第一个空闲内存块开始查找,直到找到一个满足用户需求的空闲内存块(即容量不小于用户请求的内存空间大小),然后从该空闲内存块中分配出用户指定大小的内存空间。

    例如,用户向该堆管理器申请100字节的内存空间,由于第一个空闲内存块的容量为1024,满足需求,因此,可以从中分配100字节的内存空间给该用户,分配后的内存示意图详见图9.2。

    图9.2 分配100字节——分割为两个内存块

    注:填充为阴影表示该块已被分配,否则,表示该块未被分配,处于空闲状态,数字表示该块的容量。

    同理,若用户再向该堆管理器连续请求三次内存空间,每次请求的内存空间容量分别为:150、250、200字节,则分配后的内存示意图详见图9.3。

    图9.3 再分配100、300、200字节内存空间——分割为五个内存块

    随着分配的继续,内存块可能越来越多。若用户的请求无法满足,则会分配失败,如果在图9.3的基础上,用户再请求400字节内存空间,由于仅有的一个空闲块,且容量为324字节,无法满足需求,此时,分配会失败,用户无法得到一段有效的内存空间。

    当用户申请的某一段内存不再使用时,应该将该内存块释放回堆中,以便回收再利用。

    回收的策略是:当用户将某一内存块释放回堆中时,首先,将该内存块变为空闲块,若该内存块相邻的内存块也为空闲块,则将它们合并为一个大的空闲内存块。

    例如,在图9.3的基础上,释放之前分配的250字节内存空间,则首先将该内存块变为空闲块,示意图详见图9.4。

    图9.4 释放一个内存块——相邻块不为空闲块

    由于该内存块前后均不为空闲块,因此,无需作合并操作。此时,释放了250字节的空闲空间,堆中共存在574字节的内存空间。但是,若用户此时向该堆管理器申请400字节的内存空间,由于第一个空闲块和第二个空闲块均不满足需求,因此,内存分配还是会失败。

    这里暴露出了一个堆管理器的缺点。频繁的分配和释放大小不一的内存块,将产生诸多内存碎片,即图9.4中被已分配内存块打断的空闲内存块,图中容量为250字节和容量为324字节的空闲内存块被一个已分配的容量为200字节的内存块打断,使得各个空闲块在物理上不连续,无法形成一个大的空闲块。这种情况下,即使请求的内存空间大小小于当前堆的空闲空间总大小,也可能会由于没有一个大的空闲块而分配失败。

    在图9.4的基础上,即使再释放掉第一次分配的100字节内存空间,使总空闲空间达到674字节,详见图9.5,同样无法满足一个400字节内存空间的分配请求。

    图9.5 释放容量为100字节内存块

    随着系统中大量内存块的分配和回收,内存碎片将越来越多,一些长时间不被释放的内存块,将始终分割着一些空闲内存块,造成内存碎片。这也告知用户,当不再使用某一内存块时,应尽快释放掉该内存块,以避免造成过多的内存碎片。

    在图9.5中,有3个空闲块,若用户在此基础上再请求一个280字节的内存空间,根据分配策略,堆管理器首先查看第一个空闲块,其容量为100字节,无法满足需求,接着查看第二个空闲块,其容量为250字节,同样无法满足需求,接着查看第三个空闲块,其容量为324字节,最终从该块中分配一段空间给用户,分配后的内存示意图详见图9.6。

    图9.6 再分配280字节内存空间

    在图9.6的基础上,若用户再释放200字节的内存块,首先,将其变为空闲块,示意图详见图9.7。

    图9.7 释放200字节的内存空间(1)——标记为空闲

    由于其左侧大小为250的内存块同样为空闲块,因此,需要将它们合并为一个大的内存块,即合并为一个大小为450的内存块,示意图详见图9.8。

    图9.8 释放200字节的内存空间(2)——与相邻空闲块合并

    此时,由于存在一个大小为450的空闲块,因此,若此时用户申请400字节的内存空间,则可以申请成功。与图9.5对比可知,虽然图9.5共计有674字节的空闲空间,而图9.8只有594字节的空闲空间,但图9.8却可以满足一个大小为400字节的内存空间请求。由此可见,受内存碎片的影响,总的空闲空间大小并不能决定一个内存请求的成功与否。

    申请400字节成功后的示意图详见图9.9。

    图9.9 再分配400字节内存空间

    在图9.9的基础上,若用户再释放280字节的内存块,同样,首先将其变为空闲块,示意图详见图9.10。

    图9.10 释放280字节的内存空间(1)——标记为空闲

    由于其左右两侧均为空闲块,因此,需要将它们合并为一个大的内存块,即合并为一个大小为374的内存块,示意图详见图9.11。

    图9.11 释放280字节的内存空间(2)——与相邻空闲块合并

    之所以要将相邻的空闲内存块合并,主要是为了避免内存块越来越多,越来越零散,如此下去,将很难再有一个大的空闲块,用户后续再申请大的内存空闲时,将无法满足需求。

    通过上面一系列内存分配和释放的示例,展示了堆管理器分配和释放内存的策略,使得用户对相关的原理有了一定的了解。

    实际上,在堆管理器的软件实现中,为了便于管理,各个内存块是以链表的形式组织起来的,每个内存块的首部会固定存放一些用于内存块管理的相关信息,示意图详见图9.12。

    图9.12 内存块(含空闲内存块和已分配内存块)链表

    图中展示了4个非常重要的信息:magic、used、p_next、p_prev。

    magic被称为魔数,会被赋值为一个特殊的固定值,它表示了该内存块是堆管理器管理的内存块,可以在一定程度上检查错误的内存操作。例如,若这个区域被改写,magic的值被修改为了其它值,表明存在非法的内存操作,可能是用户内存操作越界等,应及时处理;在释放一个内存块时,堆管理器会检查magic的值,若其值不为特殊的固定值,表明这并不是堆管理器分配的内存块,该释放操作是非法的。

    used用于表示该内存块是否已经被使用。若其值为0,则表示该内存块是空闲块;若其值为1,则表示该内存块已经被分配,不是空闲块。

    p_next和p_prev用于将各个内存块使用双向链表的形式组织起来,以便可以方便的找到当前内存块的下一个或上一个内存块,例如,在释放一个内存块时,需要查看相邻的内存块(上一个内存块和下一个内存块)是否为空闲块,以决定是否将它们合并为一个空闲块。

    此外,为了在分配内存块时,加快搜索空闲块的效率,信息中还会额外另外两个指针,用于将所有空闲块单独组织为一个双向链表。这样,在分配一个内存块时,只需要在空闲链表中查找满足需求的空闲块即可,无需依次遍历所有的内存块。示意图详见图9.13。

    图9.13 空间块链表

    对于用户来讲,其获得的内存空间为用户数据空间(获得的是直接指向用户数据空间的指针),存放在内存块首部的信息对用户是不可见的,用户不应该尝试访问、修改这些信息。

    需要用户注意的是,由于内存块的相关信息需要占用一定的内存空间(在32位系统中,通常为24字节),因此,每个内存块占用的实际大小会大于用户请求的内存空间大小,例如,用户请求一个100字节的内存空间,实际中,为了存储内存块的相关信息,会分配一个大小为124字节的内存块。基于此,用户实际可以使用的内存空间要略小于堆的总空间。

    9.1.2  堆管理器接口

    AWorks提供了堆管理器,用户通过相关接口使用即可。相关函数的原型详见表9.1。

    表9.1 堆管理器接口(aw_memheap.h)

    1.  定义堆管理器实例

    在使用堆管理器前,必须先使用aw_memheap_t类型定义堆管理器实例,该类型在aw_memheap.h中定义,具体类型的定义用户无需关心,仅需使用该类型定义堆管理器实例即可,即:

    其地址即可作为初始化接口中memheap参数的实参传递。

    在AWorks中,一个堆管理器用于管理一段连续的内存空间,一个系统中,可以使用多个堆管理器分别管理多段连续的内存空间。这就需要定义多个堆管理器实例,例如:

    如此一来,各个应用可以定义自己的堆管理器,以管理该应用中的内存分配与释放,使得各个应用之间的内存使用互不影响。

    如果所有应用使用一个堆,那么各个应用之间的内存分配将相互影响,某一应用出现内存泄漏,随着时间的推移,极有可能造成一个堆的空间被完全泄漏,这将影响所有应用程序。同时,所有应用共用一个堆,也造成在一个堆中的分配与释放更加频繁,分配的内存块大小更加不一致,更容易产生内存碎片。

    2.  初始化堆管理器

    定义堆管理器实例后,必须使用该接口初始化后才能使用,以指定其管理的内存空间,其函数原型为:

    其中,memheap为指向堆管理器实例的指针;name为堆管理器的名字,名字为一个字符串,仅用作标识;start_addr指定了其管理的内存空间首地址;size指定了其管理的内存空间大小(字节数)。

    函数的返回值为标准的错误号,返回AW_OK时,表示初始化成功;否则,表示初始化失败。

    初始化函数的核心在于指定其管理的内存空间,通常情况下,这段连续的内存空间可以通过定义一个全局的数组变量获得,其大小与实际应用相关,应根据实际情况决定。例如,使用堆管理器管理1KB的内存空间,则初始化堆管理器的范例程序详见程序清单9.1。

    程序清单9.1 初始化堆管理器范例程序

    程序中,定义了一个大小为1024字节的数组,用于分配一个1KB的内存空间,以便使用堆管理器进行管理。

    3.  分配内存

    堆管理器初始化完毕后,可以使用该接口为用户分配指定大小的内存块,内存块的大小可以是满足资源需求的任意大小。分配内存块的函数原型为:

    其中,heap为指向堆管理器的指针;size为内存块大小。返回值为分配内存块的首地址,特别地,若返回值为NULL,则表明分配失败。

    在分配内存块时,由于堆管理器并不知道分配的内存块用来存储何种类型的数据,因此,返回值为通用的无类型指针,即void *类型,代表其指向了某一类型不确定的地址。显然,分配的内存块用以存储何种类型的数据是由用户决定的,因此,用户在使用这段内存空间时,必须将其转换为实际数据类型的指针。

    例如,分配用以存储100个无符号8位数据的内存块,其范例程序详见程序清单9.2。

    程序清单9.2 分配内存块的范例程序

    程序中,将aw_memheap_alloc()的返回值强制转换为了指向uint8_t数据类型的指针。注意,使用aw_memheap_alloc()分配的内存中,数据的初始值是随机的,不一定为0。因此,若不对ptr指向的内存赋值,则其值可能是任意的。

    4.  重新调整内存大小

    有时候,需要动态调整之前分配的内存块大小,如果一开始分配了一个较小的内存块,但随着数据的增加,内存不够,此时,就可以使用该函数重新调整之前分配的内存块大小。其函数原型为:

    其中,heap为指向堆管理器的指针;ptr为使用aw_memheap_alloc()函数分配的内存块首地址,即调用aw_memheap_alloc()函数的返回值;new_size为调整后的内存块大小。返回值为调整大小后的内存空间首地址,特别地,若返回值为NULL,则表明调整大小失败。

    newsize指定的新的大小可以比原内存块大(扩大),也可以比原内存块小(缩小)。如果是扩大内存块,则新扩展部分的内存不会被初始化,值是随机的,但原内存块中的数据仍然保持不变。如果是缩小内存块,则超出new_size部分的内存会被释放,其中的数据被丢弃,其余数据保持不变。特别地,若newsize的值为0,则相当于不再使用ptr指向的内存块,此时,将会直接释放整个内存块,这种情况下,返回值同样为NULL。

    函数返回值与ptr的值可能不同,即系统可能重新选择一块合适的内存块来满足调整大小的需求,此时,内存首地址将发生变化。例如,当新的大小比原空间大时,系统先判断原内存块后是否还有足够的连续空间满足本次扩大内存的要求,如果有,则直接扩大内存空间,内存首地址不变,同样返回原内存块的首地址,即ptr的值;如果没有,则重新按照newsize分配一个内存块,并将原有数据原封不动的拷贝到新分配的内存块中,而后自动释放原有的内存块,原内存块将不再可用,此时,返回值将是重新分配的内存块首地址,与ptr将无直接关系。

    例如,首先使用aw_memheap_alloc()分配了一个100字节大小的内存块,然后重新将其调整为200字节大小的内存块。范例程序详见程序清单9.3。

    程序清单9.3 重新调整内存大小

    值得注意的是,重新调整内存空间的大小失败后,原内存空间还是有效的。因此,若采用程序清单9.3第9行的调用形式,若内存扩大失败,则返回值为NULL,这将会导致ptr的值被设置为NULL。此时,虽然原内存空间仍然有效,但由于指向该内存空间的指针信息丢失了,用户无法再访问到对应的内存空间,也无法释放对应的内存空间,造成内存泄漏。

    在实际使用时,为了避免调整内存大小失败时将原ptr的值覆盖为NULL,应该使用一个新的指针保存函数的返回值,详见程序清单9.4。

    程序清单9.4 重新调整内存大小(使用新的指针保存函数返回值)

    此时,即使扩大内存空间失败,指向原内存空间的指针ptr依然有效,依旧可以使用原先分配的内存空间,避免了内存泄漏。扩大内存空间成功时,则直接将ptr的值重新赋值为new_ptr,使其指向扩展完成后的内存空间。

    5.  释放内存

    当用户不再使用申请的内存块时,必须释放,否则将造成内存泄漏。释放内存的函数原型为:

    其中,ptr为使用aw_memheap_alloc()或aw_memheap_realloc()函数分配的内存块首地址,即调用这些函数的返回值。注意,ptr只能是上述几个函数的返回值,不能是其它地址值,例如,不能将数组首地址作为函数参数,以释放静态数组占用的内存空间。传入错误的地址值,极有可能导致系统崩溃。

    当使用aw_memheap_free()将内存块释放后,相应的内存块将变为无效,用户不能再继续使用。释放内存块的范例程序详见程序清单9.5。

    程序清单9.5 释放内存块的范例程序

    为了避免释放内存块后再继续使用,可以养成一个良好的习惯,每当内存释放后,都将相应的ptr指针赋值为NULL。

    9.1.3  系统堆管理

    在AWorks中,整个内存空间首先用于满足存放一些已知占用内存空间大小的数据,比如:全局变量、静态变量、栈空间、程序代码或常量等。

    全局变量和静态变量都比较好理解,其占用的内存大小通过数据的类型即可确定。需要注意的是,在介绍堆管理器时,定义一块待管理的内存空间同样使用了静态数组的方式,详见程序清单9.1的第6行:

    这也属于一种静态变量,其占用的内存大小是已知的。

    对于栈空间,在AWorks中,栈空间是静态分配的,类似于一个静态数组,其占用的内存空间大小由用户决定,同样是已知的。

    通常情况下,程序代码和常量都存储在ROM或FLASH等只读存储器中,不会放在内存中。但在部分平台中,出于效率或芯片架构的考虑,也可能将程序代码和常量存储在内存中。例如,在i.MX28x平台中,程序代码和常量也存储在DDR内存中。程序代码和常量占用的内存空间大小在编译后即可确定,占用的内存空间大小也是已知的。

    在满足这些数据的存储后,剩下的所有内存空间即作为系统堆空间,便于用户在程序运行过程中动态使用。

    为了便于用户使用,需要使用某种合适的方法管理系统堆空间。在AWorks中,默认使用前文介绍的堆管理器对其进行管理。出于系统的可扩展性考虑,AWorks并没有限制必须基于AWorks提供的堆管理器管理系统堆空间,如果用户有更加适合特殊应用场合的管理方法,也可以在特定环境下使用自有方法管理系统堆空间。为了保持应用程序的统一,AWorks定义了一套动态内存管理通用接口,便于用户使用系统堆空间,而无需关心具体的管理方法。相关函数原型详见表9.2。

    表9.2 动态内存管理接口(aw_mem.h)

    通过前文的介绍可知,在使用堆管理器前,需要定义堆管理器实例,然后初始化该实例,以指定其管理的内存空间,初始化完成后,用户才可向其请求内存。若是使用堆管理器管理系统堆空间(默认),那么,表9.2中的接口均可基于堆管理器接口实现。此时,系统中将定义一个默认的堆管理器实例,并在系统启动时自动完成其初始化操作,指定其管理的内存空间为系统堆空间。如此一来,系统启动后,用户可以直接向系统中默认的堆管理器申请内存块。例如,aw_mem_alloc()用于分配一个内存块,其直接基于堆管理器实现,范例程序详见程序清单9.6。

    程序清单9.6 aw_mem_alloc()函数实现范例

    其中,__g_system_heap为系统定义的堆管理器实例,已在系统启动时完成了初始化。程序清单9.6只是aw_mem_alloc()函数实现的一个简单范例,实际中,用户可以根据具体情况,使用最为合适的方法管理系统堆空间,实现AWorks定义的动态内存管理通用接口。

    下面,详细介绍各个接口的含义及使用方法。

    1.  分配内存

    aw_mem_alloc()用于从系统堆中分配指定大小的内存块,用法和C标准库中的malloc()相同,其函数原型为:

    参数size指定内存空间的大小,单位为字节。返回值为void *类型的指针,其指向分配内存块的首地址,特别地,若返回值为NULL,则表示分配失败。

    例如,申请用以存储一个int类型数据的存储空间,范例程序详见程序清单9.7。

    程序清单9.7 申请内存范例程序

    程序中,将aw_mem_alloc()的返回值强制转换为了指向int数据类型的指针。注意,使用aw_mem_alloc()分配的内存中,数据的初始值是随机的,不一定为0。因此,若不对ptr指向的内存赋值,则其值将是任意的。

    2.  分配多个指定大小的内存块

    除使用aw_mem_alloc()直接分配一个指定大小的内存块外,还可以使用aw_mem_calloc()分配多个连续的内存块,用法与C标准库中的calloc()相同,其函数原型为:

    该函数用于分配nelem个大小为size的内存块,分配的内存空间总大小为:nelem×size,实际上相当于分配一个容量为nelem×size的大内存块,返回值同样为分配内存块的首地址。与aw_mem_alloc()不同的是,该函数分配的内存块会被初始化为0。例如,分配用以存储10个int类型数据的内存,则范例程序详见程序清单9.8。

    程序清单9.8 分配10个用于存储int类型数据的内存块

    由于分配的内存空间会被初始化为0,因此,即使不对ptr指向的内存赋值,其值也是确定的0。

    3.  分配具有一定对齐要求的内存块

    有时候,用户申请的内存块可能用来存储具有特殊对齐要求的数据,要求分配内存块的首地址必须按照指定的字节数对齐。此时,可以使用aw_mem_align()分配一个满足指定对齐要求的内存块。其函数原型为:

    其中,size为分配的内存块大小,align表示对齐要求,其值是2的整数次幂,比如:2、4、8、16、32、64等。返回值同样为分配内存块的首地址,其值满足对齐要求,是align的整数倍。如align的值为16,则按照16字节对齐,分配内存块的首地址将是16的整数倍,地址的低4位全为0。程序范例详见程序清单9.9。

    程序清单9.9 分配具有一定对齐要求的内存块范例程序

    程序中,将分配的地址通过aw_kprintf()打印输出,以查看地址的具体值,实际运行可以发现,地址值是满足16字节对齐的。注意,该函数与aw_mem_alloc()分配的内存块一样,其中的数据初始值是随机的,不一定为0。

    在堆管理器中,并没有类似的分配满足一定对齐要求的内存块接口,只有普通的分配内存块接口:aw_memheap_alloc()。其分配的内存块,可能是对齐的,也可能是未对齐的。为了使返回给用户的内存块能够满足对齐要求,在使用aw_memheap_alloc()分配内存块时,可以多分配align - 1字节的空间,此时,即使获得的内存块首地址不满足对齐要求,也可以返回从内存块首地址开始,顺序第一个对齐的地址给用户,以满足用户的对齐需求。

    例如,要分配200字节的内存块,并要求满足8字节对齐,则首先使用aw_memheap_alloc()分配207字节(200 + 8 - 1)的内存块,假定得到的内存块地址范围为:3 ~ 209,示意图详见图9.14(a)。由于首地址3不是8的整数倍,因此其不是按8字节对齐的,此时,直接返回顺序第一个对齐的地址给用户,即:8。由于用户需要的是200字节的内存块,因此,对于用户来讲,其使用的内存块地址范围为 :8 ~ 207,显然,其在实际使用aw_memheap_alloc()获得的内存块地址范围内,用户获得的内存块是完全有效的,示意图详见图9.14(b)。

    图9.14 内存对齐的处理——多分配align-1字节的空间

    为什么要多分配align - 1字节的空间呢?在获得的实际内存块不满足对齐需求时,表明内存块首地址不是align的整数倍,即其对align取余数的结果(C语言的%运算符)不为0,假定其对align取余数的结果为N(N ≥1),则只要将首地址加上align-N,得到的地址值就是align的整数倍。该值也为从首地址开始,顺序第一个对齐的地址。由于在首地址不对齐时,必然有:N ≥1,因此:align - N ≤ align – 1,即顺序第一个对齐的地址相对于起始地址的偏移不会超过align - 1。基于此,只要在分配内存块时多分配align-1字节的空间,那么就可以在向用户返回一个对齐地址的同时,依旧满足用户请求的内存块容量需求。

    若不多分配align-1字节的内存空间,例如,只使用aw_memheap_alloc()分配200字节的内存块,得到的内存块地址范围为:3 ~ 203,示意图详见图9.15(a)。此时,若同样返回顺序第一个对齐的地址给用户,即:8。由于用户需要的是200字节的内存块,因此,对于用户来讲,其使用的内存块地址范围为 :8 ~ 208,显然,204 ~ 208 这段空间并不是通过分配得到的有效内存,使得用户得到了一段非法的内存空间,一旦访问,极有可能导致应用出错。示意图详见图9.15 (b)。

    图9.15 内存对齐的处理——未多分配align-1字节的空间

    实际中,由于align - 1的值往往是一些比较特殊的奇数值,例如:3、7、15、31等,经常如此分配容易把内存块的首地址打乱,出现很多非对齐的地址。因此,往往会直接多分配align字节的内存空间。

    同时,出于效率考虑,在AWorks中,每次分配的内存往往都按照默认的CPU自然对齐字节数对齐,例如,在32位系统中,默认分配的所有内存都按照4字节对齐,基于此,aw_mem_alloc()函数的实现可以更新为如程序清单9.10所示的程序。 

    程序清单9.10 aw_mem_alloc()函数分配的内存按照4字节对齐

    4.  重新调整内存大小

    有时候,需要动态调整分配内存块的大小,如果一开始分配了一个较小的内存块,但随着数据的增加,内存不够,此时,则可以使用该函数重新调整之前分配的内存块大小。其函数原型为:

    其中,ptr为使用aw_mem_alloc()、aw_mem_calloc()或aw_mem_align()函数分配的内存块首地址,即调用这些函数的返回值。new_size为调整后的大小。返回值为调整大小后的内存块首地址,特别地,若调整大小失败,则返回值为NULL。

    例如,首先使用aw_mem_alloc()分配了存储1个int类型数据的内存块,然后重新调整内存块的大小,使其可以存储2个int类型的数据。范例程序详见程序清单9.11。

    程序清单9.11 内存分配范例程序(重新调整内存大小)

    5.  释放内存

    前面讲解了4种分配内存块的方法,无论使用何种方式动态分配的内存块,在使用结束后,都必须释放,否则将造成内存泄漏。释放内存块的函数原型为:

    其中,ptr为使用aw_mem_alloc()、aw_mem_calloc()、aw_mem_align()或aw_mem_realloc()函数分配的内存块首地址,即调用这些函数的返回值。

    当使用aw_mem_free()将内存块释放后,相应的地址空间将变为无效,用户不能再继续使用。释放内存块的范例程序详见程序清单9.12。

    程序清单9.12 释放内存块的范例程序

    9.2  内存池

    堆管理器极为灵活,可以分配任意大小的内存块,非常方便。但其也存在明显的缺点:一是分配效率不高,在每次分配时,都要依次查找所有空闲内存块,直到找到一个满足需求的空闲内存块;二是容易产生大小各异的内存碎片。

    为了提高内存分配的效率,以及避免内存碎片,AWorks提供了另外一种内存管理方法:内存池(Memory Pool)。其舍弃了堆管理器中可以分配任意大小的内存块这一优点,将每次分配的内存块大小设定为固定值。

    由于每次分配的内存块大小为固定值,没有空间大小的限制,因此,在用户每次申请内存块时,分配其第一个空闲内存块即可,无需任何查找过程,同理,在释放一个内存块时,也仅需将其标志为空闲即可,无需任何额外的合并操作,这极大的提高了内存分配和释放的效率。

    同时,由于每次申请和释放的内存块都是同样的大小,只要存在空闲块,就可以分配成功,某几个空闲内存块不可能由于被某一已分配的内存块分割而导致无法使用。这种情况下,任一空闲块都可以被没有限制的分配使用,不再存在任何内存碎片,彻底避免了内存碎片。 

    但是,将内存块大小固定,会限制其使用的灵活性,并可能造成不必要的内存空间浪费,例如,用户只需要很小的一块内存空间,但若内存池中每一块内存都很大,这就会使内存分配时不得不分配出一块很大的内存,造成了内存浪费。这就要求在定义内存池时,应尽可能将内存池中内存块的大小定义为一个合理的值,避免过多的内存浪费。

    系统中可以存在多个内存池,每个内存池包含固定个数和大小的内存块。基于此,在实际应用中,为了满足不同大小的内存块需求,可以定义多种尺寸(内存池中内存块的大小)的内存池(比如:小、中、大三种),然后在实际应用中根据实际用量选择从合适的内存池中分配内存块,这样可以在一定程度上减少内存的浪费。

    9.2.1  内存池原理概述

    内存池用于管理一段连续的内存空间,由于各个内存块的大小固定,因此,首先将内存空间分为若干个大小相同的内存块,例如,管理1024字节的内存空间,每块大小为128字节。则共计可以分为8个内存块。初始时,所有内存块均为空闲块,示意图详见图9.16。

    图9.16 初始状态——8个空闲块

    在AWorks中,为便于管理,将各个空闲内存块使用单向链表的形式组织起来,示意图详见图9.17。

    图9.17 以单向链表的形式组织各个空闲块

    这就要求一个空闲块能够存放一个p_next指针,以便组织链表。在32位系统中,指针的大小为4个字节,因此,要求各个空闲块的大小不能低于4个字节。此外,出于对齐考虑,各个空闲块的大小必须为自然对齐字节数的正整数倍。例如,在32位系统中,块大小应该为4字节的整数倍,比如:4、8、12、6……而不能为5、7、9、13等。

    基于此,当需要分配一个内存块时,只需从链表中的取出第一个空闲块即可。例如,需要在图9.17的基础上分配一个内存块,可以直接从链表中取出第一个空闲块,示意图详见图9.18。

    图9.18 从链表中取出一个内存块

    此时,空闲块链表中,将只剩下7个空闲块,示意图详见图9.19。

    图9.19 剩余7个空闲块

    值得注意的是,虽然在空闲块链表中,各个内存块中存放了一个p_next指针,占用了一定的内存空间,但是,当该内存块从空闲链表中取出,分配给用户使用时,已分配的内存块并不需要组织为一个链表,p_next的值也就没有任何意义了,因此,用户可以使用内存块中所有的内存,不存在用户不可访问的区域,不会造成额外的空间浪费。

    而在堆管理器中,无论是空闲块还是已分配的内存块,头部存储的相关信息都必须保持有效,其占用的内存空间用户是不能使用的,对于用户来讲,这相当于造成了一定的内存空间浪费。

    当用户不再使用一个内存块时,需要释放相应的内存块,释放时,直接将内存块重新加入空闲块链表即可。示意图详见图9.20。

    图9.20 释放一个内存块

    释放后,空闲链表中将新增一个内存块,示意图详见图9.21。

    图9.21 释放后,新增一个内存块

    由此可见,整个内存池的分配和释放操作都非常简单。分配时,从空闲链表中取出一个内存块,释放时,将内存块重新加入空闲链表中。

    9.2.2  内存池接口

    AWorks提供了内存池软件库,用户通过相关接口使用即可。相关函数的原型详见表9.3。

    表9.3 内存池接口(aw_pool.h)

    1.  定义内存池实例

    在使用内存池前,必须先使用aw_pool_t类型定义内存池实例,该类型在aw_pool.h中定义,具体类型的定义用户无需关心,仅需使用该类型定义内存池实例即可,即:

    其地址即可作为初始化接口中p_pool参数的实参传递。

    一个内存池可以管理一段连续的内存空间,在AWorks中,可以使用多个内存池,以分别管理多段连续的内存空间。此时,就需要定义多个内存池实例,例如:

    为了满足各种大小的内存块需求,可以定义多个具有不同内存块大小的内存池。例如:定义小、中、大三种尺寸的内存池,它们对应的内存块大小分别为8、64、128。用户根据实际用量选择从合适的内存池中分配内存块,以在一定程度上减少内存的浪费。

    2.  初始化内存池

    定义内存池实例后,必须使用该接口初始化后才能使用,以指定内存池管理的内存空间,以及内存池中各个内存块的大小。其函数原型为:

    其中,p_pool指向待初始化的内存池,即使用aw_pool_t类型定义的内存池实例;p_pool_mem为该内存池管理的实际内存空间首地址;pool_size指定整个内存空间的大小;item_size指定内存池中每个内存块的大小。

    函数的返回值为内存池ID,其类型aw_pool_id_t,该类型的具体定义用户无需关心,该ID可作为其它功能接口的参数,用以表示需要操作的内存池。特别地,若返回ID的值为NULL,表明初始化失败。

    初始化时,系统会将pool_size大小的内存空间,分为多个大小为item_size的内存块进行管理。例如,使用内存池管理1KB的内存空间,每个内存块的大小为16字节,初始化范例程序详见程序清单9.13。

    程序清单9.13 初始化内存池

    程序中,将1024字节的空间分成了大小为16字节的内存块进行管理。注意,出于效率考虑,块大小并不能是任意值,只能为自然对齐字节数的正整数倍。例如,在32位系统中,块大小应该为4字节的整数倍,若不满足该条件,初始化时,将会自动向上修正为4字节的整数倍,例如,块大小的值设置为5,将被自动修正为8。用户可以通过aw_pool_item_size ()函数获得实际的内存块大小。

    3.  获取内存池中实际的块大小

    前面提到,初始化时,为了保证内存池的管理效率,可能会对用户传入的块大小进行适当的修正,用户可以通过该函数获取当前内存池中实际的块大小。其函数原型为:

    其中,pool_id为初始化函数返回的内存池ID,其用于指定要获取信息的内存池。返回值即为内存池中实际的块大小。

    例如,初始化时,将内存池的块大小设定为5,然后通过该函数获取内存池中实际的块大小。范例程序详见程序清单9.14。

    程序清单9.14 获取内存池中实际的块大小

    运行程序可以发现,实际内存块的大小为8。

    实际应用中,为了满足不同容量内存申请的需求,可以定义多个内存池,每个内存池定义不同的块大小。如定义3种块大小尺寸的内存池,分别为8字节(小)、64字节(中)、128字节(大)。范例程序详见程序清单9.15。

    程序清单9.15 定义多种不同块大小的内存池

    程序中,将三种类型内存池的总容量分别定义为了512、1024、2048。实际中,应根据情况定义,例如,小型内存块需求量很大,则应该增大对应内存池的总容量。

    4.  获取内存块

    内存池初始化完毕后,用户可以从内存池中获取固定大小内存块,其函数原型为:

    其中,pool_id为初始化函数返回的内存池ID,其用于指定内存池,表示从该内存池中获取内存块。返回值为void *类型的指针,其指向获取内存块的首地址,特别地,若返回值为NULL,则表明获取失败。从内存池中获取一个内存块的范例程序详见程序清单9.16。

    程序清单9.16 获取内存块范例程序

    5.  释放内存块

    当获取的内存块使用完毕后,应该释放该内存块,将其返还到内存池中。其函数原型为:

    其中,pool_id为初始化函数返回的内存池ID,其用于指定内存池,表示将内存块释放到该内存池中。p_item为使用aw_pool_item_get()函数获取内存块的首地址,即调用aw_pool_item_get()函数的返回值,表示要释放的内存块。

    返回值为aw_err_t类型的标准错误号,若值为AW_OK,表示释放成功,否则,表示释放失败,释放失败往往是由于参数错误造成的,例如,释放一个不是由aw_pool_item_get()函数获取的内存块。注意,内存块从哪个内存池中获取,释放时,就必须释放到相应的内存池中,不可将内存块释放到其它不对应的内存池中。

    当使用aw_pool_item_return()将内存块释放后,相应的内存空间将变为无效,用户不能再继续使用。释放内存块的范例程序详见程序清单9.17。

    程序清单9.17 释放内存块范例程序

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                                        <p>原文标题:AWorks软件篇 — 内存管理</p>
                                        <p>文章出处:【微信号:Zlgmcu7890,微信公众号:周立功单片机】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。</p>
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  •  内存管理是操作系统的中心任务之一,其主要任务是组织内存以容纳内核和待执行程序,跟踪当前内存的使用情况,在需要时为进程分配内存,使用完毕后释放并回收内存。目前嵌入式系统中常用的内存管理策略主要有两种—...
  • 因此在嵌入式系统中,不可能采用通用操作系统中复杂而完善的内存分配策略,一般都采用简单、快速的内存分配方案。当然,对实性要求的程序不同,分配方案也有所不同。例如,VxWorks采用简单的最先匹配如立即聚合方法...
  • 在很多情况下,我们可能会需要申请和释放很多小块内存,我们都知道,大量小块内存的申请和释放极有可能导致内存出现大量碎片,而且,每次申请内存内存耗用量并非只是我们申请的那个大小,它同时还需要分配一个内存...
  • Android内存管理机制详解

    万次阅读 多人点赞 2012-12-13 10:37:33
    这是Linux内存管理的一个优秀特性,在这方面,区别于 Windows的内存管理。主要特点是,无论物理内存有多大,Linux都将其充份利用,将一些程序调用过的硬盘数据读入内存,利用内存读写的高速特性来提高Linux系统的...
  • 内存管理

    万次阅读 2015-03-12 17:09:40
    内存管理是C++最令人切齿痛恨的问题,也是C++最有争议的问题,C++高手从中获得了更好的性能,更大的自由,C++菜鸟的收获则是一遍一遍的检查代码和对C++的痛恨,但内存管理在C++中无处不在,内存泄漏几乎在每个C++...
  • Spark内存管理简介 Spark从1.6开始引入了动态内存管理模式,即执行内存和存储内存之间可以相互抢占 Spark提供了2种内存分配模式: 静态内存管理 动态内存管理 本系列文章将分别对这两种内存管理模式的优缺点...
  • Linux支持多种硬件体系结构,因此Linux必须采用通用的方法来描述内存,以方便对内存进行管理。为此,Linux有了内存节点、内存区、页框的概念,这些概念也是一目了然的。 内存节点:主要依据CPU访问代价的不同而划分...
  • 内存管理我的理解是分为两个部分,一个是物理内存的管理,另一个部分是物理内存地址到虚拟地址的转换。 物理内存管理 内核中实现了很多机制和算法来进行物理内存的管理,比如大名鼎鼎的伙伴系统,以及slab分配器等等...
  • Flink内存管理源码解读之内存管理

    千次阅读 2016-04-06 22:55:54
    回顾上一篇文章我们谈了Flink自主内存管理的一些基础的数据结构。那篇中主要讲了数据结构的定义,这篇我们来看看那些数据结构的使用,以及内存的管理设计。概述这篇文章我们主要探讨Flink的内存管理类MemoryManager...
  • 分页内存管理

    千次阅读 2019-03-18 16:31:41
    文章目录一、分页内存管理详解1、分页内存管理的核心思想2、分页内存管理能解决什么问题?3、虚拟地址的构成与地址翻译4、页表5、分页内存管理的优缺点二、分页内存管理例子解析三、缺页中断和页面置换的目标1、缺页...
  • 内存管理的两种基本方法

    千次阅读 2019-12-15 22:54:42
    段式内存管理 ...分段就是支持这种用户视图的内存管理方案。逻辑地址空间是由一组段构成。每个段都有名称和长度。地址指定了段名称和段内偏移。因此用户通过两个量来指定地址:段名称和段偏移。 ...
  • FreeRTOS之内存管理详解

    千次阅读 2019-06-23 10:21:58
    FreeRTOS内存管理方法 FreeRTOS静态创建 一、内存管理 在c语言中定义了4个区:代码区、全局变量和静态变量区、动态变量区(即栈区)、动态存储区(即堆区)。 1>栈区(stack)— 由编译器自动分配释放 ,...
  • Linux内存管理

    千次阅读 2018-02-05 14:49:01
    在linux下,使用top,vmstat,free等命令查看系统或者进程的内存使用情况时,经常看到buff/cache memeory,swap,avail Mem等,他们都代表什么意思呢?...讨论Linux下的内存管理其实就是讨论Linux
  • lab2 系统内存的探测 参考博客 主要涉及操作系统的物理内存管理...理解物理内存的管理方法 实验内容 1. 首先了解如何发现系统中的物理内存; 2. 然后了解如何建立对物理内存的初步管理,即了解连...
  • 内存寻址 、硬件中的分段与分页 、Linux内存管理 页与内存管理区 、kmalloc()和vmalloc()
  • Spark内存管理系列文章: Spark内存管理(1)—— 静态内存管理 Spark内存管理(2)—— 统一内存管理 在本文中,将会对各个内存的分布以及设计原理进行详细的阐述 相对于静态内存模型(即Storage和Execution...
  • 日期 内核版本 架构 作者 GitHub ... Linux内存管理内存管理的上下文中, 初始化(initialization)可以有多种含义. 在许多CPU上, 必须显式设置适用于Linux内核的内存模型. 例如在x86_32上需要切换到
  • Java内存管理

    万次阅读 多人点赞 2016-03-08 21:36:06
    不过看了一遍《深入Java虚拟机》再来理解Java内存管理会好很多。接下来一起学习下Java内存管理吧。请注意上图的这个:我们再来复习下进程与线程吧:进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,...
  • Android 内存管理机制

    千次阅读 2018-09-03 14:41:45
    本文主要包括三大部分内容: 内存管理基础:从整个计算机领域... Android的内存管理相关知识:Android又不同于Linux,它是一个移动操作系统,因此其内存管理上也有自己的特性,这一部分详细讲述Android的内存管理...
  • Windows 操作系统内存管理方法

    千次阅读 2010-06-07 17:13:00
    windows内存管理方法小结
  • 计算机操作系统_内存管理

    千次阅读 2018-12-17 02:27:01
    设计程序模拟内存的动态分区内存管理方法。内存空闲区使用空闲分区表进行管理,采用最先适应算法从空闲分区表中寻找空闲区进行分配,内存回收时不考虑与相邻空闲区的合并。 假定系统的内存共640K,初始状态为操作...
  • STM32内存管理

    千次阅读 2019-03-15 15:28:43
    内存管理的实现方法有很多种,他们其实最终都是要实现 2 个函数: malloc 和 free; malloc 函数用于内存申请, free 函数用于内存释放。 介绍一种简单的实现方法,分块式内存管理: 原理: malloc分析 首先确定.....
  • android内存管理

    千次阅读 2016-11-12 15:01:56
    android内存管理与内存泄漏 应用场景 我们在开发应用程序的时候,了解其内存的运作机制以及如何防止内存泄漏都是非常重要的,内存问题也是android面试中经常问到话题。今天我就讲讲有关android内存方面的知识吧。 ...

空空如也

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内存管理方法