liteos記憶體（三）

1. 概述

1.1 基本概念

記憶體管理模塊管理系統的記憶體資源，它是操作系統的核心模塊之一。主要包括記憶體的初始化、分配以及釋放。

在系統運行過程中，記憶體管理模塊通過對記憶體的申請/釋放操作，來管理用戶和OS對記憶體的使用，使記憶體的利用率和使用效率達到最優，同時最大限度地解決系統的記憶體碎片問題。

Huawei LiteOS的記憶體管理分為靜態記憶體管理和動態記憶體管理，提供記憶體初始化、分配、釋放等功能。

• 動態記憶體：在動態記憶體池中分配用戶指定大小的記憶體塊。
  • 優點：按需分配。
  • 缺點：記憶體池中可能出現碎片。
• 靜態記憶體：在靜態記憶體池中分配用戶初始化時預設（固定）大小的記憶體塊。
  • 優點：分配和釋放效率高，靜態記憶體池中無碎片。
  • 缺點：只能申請到初始化預設大小的記憶體塊，不能按需申請。

1.2 動態記憶體運作機制

動態記憶體管理，即在記憶體資源充足的情況下，從系統配置的一塊比較大的連續記憶體（記憶體池），根據用戶需求，分配任意大小的記憶體塊。當用戶不需要該記憶體塊時，又可以釋放回系統供下一次使用。

與靜態記憶體相比，動態記憶體管理的好處是按需分配，缺點是記憶體池中容易出現碎片。

系統動態記憶體管理結構如圖1所示：

第一部分：堆記憶體（也稱記憶體池）的起始地址及堆區域總大小

第二部分：本身是一個數組，每個元素是一個雙向鏈表，所有free節點的控制頭都會被分類掛在這個數組的雙向鏈表中。

假設記憶體允許的最小節點為2^min位元組，則數組的第一個雙向鏈表存儲的是所有size為2^min<size< 2^min+1的free節點，第二個雙向鏈表存儲的是所有size為2^min+1<size< 2^min+2的free節點，依次類推第n個雙向鏈表存儲的是所有size為2^min+n-1<size< 2^min+n的free節點。(這個有點像buddy演算法)每次申請記憶體的時候，會從這個數組檢索最合適大小的free節點，進行分配記憶體。每次釋放記憶體時，會將該片記憶體作為free節點存儲至這個數組，以便下次再利用。

第三部分：占用記憶體池極大部分的空間，是用於存放各節點的實際區域。以下是LOS_MEM_DYN_NODE節點結構體申明以及簡單介紹：

typedef struct tag LOS_MEM_DYN_NODE
{
LOS_DL_LIST stFreeNodeInfo;
struct tagLOS_MEM_DYN_NODE *pstPreNode;
UINT32 uwSizeAndFlag;
}LOS_MEM_DYN_NODE;

1.3 靜態記憶體運作機制

靜態記憶體實質上是一塊靜態數組，靜態記憶體池內的塊大小在初始化時設定，初始化後塊大小不可變更。

靜態記憶體池由一個控制塊和若幹相同大小的記憶體塊構成。控制塊位於記憶體池頭部，用於記憶體塊管理。記憶體塊的申請和釋放以塊大小為粒度。

圖 3-4 靜態記憶體示意圖

2. 動態記憶體

2.1 開髮指導

2.1.1 使用場景

記憶體管理的主要工作是動態的劃分並管理用戶分配好的記憶體區間。

動態記憶體管理主要是在用戶需要使用大小不等的記憶體塊的場景中使用。

當用戶需要分配記憶體時，可以通過操作系統的動態記憶體申請函數索取指定大小記憶體塊，一旦使用完畢，通過動態記憶體釋放函數歸還所占用記憶體，使之可以重覆使用。

2.1.2 功能

Huawei LiteOS系統中的動態記憶體管理模塊為用戶提供下麵幾種功能，具體的API詳見介面手冊。

2.1.3 開發流程

1. 配置：

• OS_SYS_MEM_ADDR：系統動態記憶體池起始地址，一般不需要修改
• OS_SYS_MEM_SIZE：系統動態記憶體池大小，以byte為單位，系統預設分配DDR後未使用的空間
• LOSCFG_BASE_MEM_NODE_INTEGRITY_CHECK：記憶體越界檢測開關，預設關閉。打開後，每次申請動態記憶體時執行動態記憶體塊越界檢查；每次釋放靜態記憶體時執行靜態記憶體塊越界檢查。

1. 初始化LOS_MemInit。

初始一個記憶體池後如圖，生成一個 EndNode，並且剩餘的記憶體全部被標記為FreeNode節點。註： EndNode作為記憶體池末尾的節點， size為0。

1. 申請任意大小的動態記憶體LOS_MemAlloc。

判斷動態記憶體池中是否存在申請量大小的空間，若存在，則划出一塊記憶體塊，以指針形式返回，若不存在，返回NULL。

調用三次LOS_MemAlloc函數可以創建三個節點,假設名稱分別為UsedA， UsedB，UsedC，大小分別為sizeA， sizeB， sizeC。因為剛初始化記憶體池的時候只有一個大的FreeNode，所以這些記憶體塊是從這個FreeNode中切割出來的。

當記憶體池中存在多個FreeNode的時候進行malloc，將會適配最合適大小的FreeNode。用來新建記憶體塊，減少記憶體碎片。若新建的記憶體塊不等於被使用的FreeNode的大小，則在新建記憶體塊後，多餘的記憶體又會被標記為一個新的FreeNode。

1. 釋放動態記憶體LOS_MemFree。

回收記憶體塊，供下一次使用。

假設調用LOS_MemFree釋放記憶體塊UsedB，則會回收記憶體塊UsedB，並且將其標記為FreeNode

2.1.4 平臺差異性

無

2.2 編程實例

2.2.1 實例描述

Huawei LiteOS運行期間，用戶需要頻繁的使用記憶體資源，而記憶體資源有限，必須確保將有限的記憶體資源分配給急需的程式，同時釋放不用的記憶體。

通過Huawei LiteOS記憶體管理模塊可以保證高效、正確的申請、釋放記憶體。

本實例執行以下步驟：

1. 初始化一個動態記憶體池。
2. 在動態記憶體池中申請一個記憶體塊。
3. 使用這塊記憶體塊存放一個數據。
4. 列印出存放在記憶體塊中的數據。
5. 釋放掉這塊記憶體。

2.2.2 編程實例

VOID los_memory_test() {
    UINT32 *p_num = NULL;
    UINT32 uwRet;
    uwRet = LOS_MemInit(m_aucSysMem0, 32);
    if (LOS_OK == uwRet) {
        dprintf("記憶體池初始化成功!\n");
    }
    else {
        dprintf("記憶體池初始化失敗!\n");
        return;
    }
    /*分配記憶體*/
    p_num = (int*)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem0, 4);
    if (NULL == p_num) {
        dprintf("記憶體分配失敗!\n");
        return;
    }
    dprintf("記憶體分配成功\n");
    /*賦值*/
    *p_num = 828;
    dprintf("*p_num = %d\n", *p_num);
    /*釋放記憶體*/
    uwRet = LOS_MemFree(m_aucSysMem0, p_num);
    if (LOS_OK == uwRet) {
        dprintf("記憶體釋放成功!\n");
    }
    else {
        dprintf("記憶體釋放失敗!\n");
    }
    return;
}

2.2.3 結果驗證

圖 3-5 結果顯示

3. 靜態記憶體

3.1 開髮指導

當用戶需要使用固定長度的記憶體時，可以使用靜態記憶體分配的方式獲取記憶體，一旦使用完畢，通過靜態記憶體釋放函數歸還所占用記憶體，使之可以重覆使用。

3.2 功能

Huawei LiteOS的靜態記憶體管理主要為用戶提供以下功能。

3.3 開發流程

本節介紹使用靜態記憶體的典型場景開發流程。

1. 規劃一片記憶體區域作為靜態記憶體池。
2. 調用LOS_MemboxInit介面。

系統內部將會初始化靜態記憶體池。將入參指定的記憶體區域分割為N塊（N值取決於
靜態記憶體總大小和塊大小），將所有記憶體塊掛到空閑鏈表，在記憶體起始處放置控
制頭。

1. 調用LOS_MemboxAlloc介面。

系統內部將會從空閑鏈表中獲取第一個空閑塊，並返回該塊的用戶空間地址。

1. 調用LOS_MemboxFree介面。

將該塊記憶體加入空閑塊鏈表。

1. 調用LOS_MemboxClr介面。

系統內部清零靜態記憶體塊，將入參地址對應的記憶體塊清零

3.3 編程實例

Huawei LiteOS運行期間，用戶需要頻繁的使用記憶體資源，而記憶體資源有限，必須確保將有限的記憶體資源分配給急需的程式，同時釋放不用的記憶體。

通過記憶體管理模塊可以保證正確且高效的申請釋放記憶體。

本實例執行以下步驟：

1. 初始化一個靜態記憶體池。
2. 從靜態記憶體池中申請一塊靜態記憶體。
3. 使用這塊記憶體塊存放一個數據。
4. 列印出存放在記憶體塊中的數據。
5. 清除記憶體塊中的數據。
6. 釋放掉這塊記憶體；

VOID los_membox_test(void) {
    UINT32 *p_num = NULL;
    UINT32 uwBlkSize = 10, uwBoxSize = 100;
    UINT32 uwRet;
    UINT32 pBoxMem[1000];
    uwRet = LOS_MemboxInit(&pBoxMem[0], uwBoxSize, uwBlkSize);
    if (uwRet != LOS_OK)
    {
        dprintf("記憶體池初始化失敗!\n");
        return;
    }
    else {
        dprintf("記憶體池初始化成功!\n");
    }
    /*申請記憶體塊*/
    p_num = (int*)LOS_MemboxAlloc(pBoxMem);
    if (NULL == p_num) {
        dprintf("記憶體分配失敗!\n");
        return;
    }
    dprintf("記憶體分配成功\n");
    /*賦值*/
    *p_num = 828;
    dprintf("*p_num = %d\n", *p_num);
    /*清除記憶體內容*/
    LOS_MemboxClr(pBoxMem, p_num);
    dprintf("清除記憶體內容成功\n *p_num = %d\n", *p_num);
    /*釋放記憶體*/
    uwRet = LOS_MemboxFree(pBoxMem, p_num);
    if (LOS_OK == uwRet) {
        dprintf("記憶體釋放成功!\n");
    }
    else{
        dprintf("記憶體釋放失敗!\n");
    }
    return;

3.4 結果驗證

圖 3-6 結果顯示