[發(fā)明專利]一種嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存池分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610089365.1
• 申請(qǐng)日: 2006-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101093455A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王澤民;徐立峰;曹剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中興通訊股份有限公司
• 主分類號(hào): G06F9/50
• 分類號(hào): G06F9/50
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 梁揮;徐金國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及在嵌入式系統(tǒng)中，使用事先分配的內(nèi)存池對(duì)應(yīng)用申請(qǐng)的大小不確定的內(nèi)存進(jìn)行管理的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

隨著嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)也受到越來(lái)越多的矚目。在滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求的前提下，如何提高內(nèi)存分配的快速性、可靠性、高效性，是嵌入式軟件系統(tǒng)需要重點(diǎn)研究的一個(gè)課題。內(nèi)存分配的快速性從嵌入式系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求出發(fā)，要求內(nèi)存在分配過(guò)程中盡可能的快，因此在嵌入式系統(tǒng)中，不可能采用通用操作系統(tǒng)中復(fù)雜而繁瑣的內(nèi)存分配策略，一般都采用簡(jiǎn)單、快速的內(nèi)存分配方案；內(nèi)存分配的可靠性則要求內(nèi)存分配的請(qǐng)求必須得到滿足，如果分配失敗的話可能會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果；而內(nèi)存分配的高效性，則要求內(nèi)存分配盡可能地少浪費(fèi)。

目前，在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中，特別是在諸如電信、信息家電這些行業(yè)，由于對(duì)內(nèi)存的申請(qǐng)和釋放比較頻繁，一般采用的內(nèi)存分配方法是使用內(nèi)存分塊管理的內(nèi)存池方式。在開(kāi)源的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μCOS-II中也采用了該種內(nèi)存分配方式。它的技術(shù)方案如圖1所示，其中：a表示各個(gè)內(nèi)存頭信息，m、n、f均為任意整數(shù)。相同大小的內(nèi)存塊由實(shí)箭頭構(gòu)成一個(gè)鏈表。

為了避免由于內(nèi)存頻繁申請(qǐng)和釋放而導(dǎo)致內(nèi)存碎片，通用的內(nèi)存池管理方式首先配置各種大小的內(nèi)存塊的數(shù)量，比如2¹字節(jié)大小的內(nèi)存塊m個(gè)，2²字節(jié)大小的內(nèi)存塊n個(gè)，以此類推，2ⁿ字節(jié)大小的內(nèi)存塊f個(gè)(其中m、n、f均為任意整數(shù))，一般為了保證內(nèi)存分配的可靠性，各種內(nèi)存塊大小保持一個(gè)較大的上限值，同時(shí)在內(nèi)存頭中保存每個(gè)內(nèi)存塊的信息。然后在空閑內(nèi)存中分配一個(gè)大內(nèi)存，專門(mén)用于滿足用戶的內(nèi)存申請(qǐng)需求，該內(nèi)存池大小為各種大小的內(nèi)存塊大小的總和，即：(2¹×m+2²×n+…+2ⁿ×f+所有內(nèi)存頭大小)的值。

在進(jìn)行內(nèi)存申請(qǐng)時(shí)，根據(jù)申請(qǐng)內(nèi)存的大小在相應(yīng)的內(nèi)存池中尋找滿足大小需要的內(nèi)存塊，如果用戶申請(qǐng)的內(nèi)存是在2^q-1～2^q這樣一個(gè)區(qū)間中(q為一個(gè)確定的整數(shù)，滿足2^q-1＜申請(qǐng)內(nèi)存大小＜＝2^q)，則取一個(gè)空閑的2^q大小的內(nèi)存塊分配給應(yīng)用；內(nèi)存釋放是根據(jù)內(nèi)存塊的的指針找到相應(yīng)的頭，再將其標(biāo)記為自由內(nèi)存并歸還給相應(yīng)的緩沖池的過(guò)程。

在該內(nèi)存池分配方法中，不可能把內(nèi)存塊大小差距配置得很小、很均勻，比如內(nèi)存塊大小1，2，4，6...2n，因?yàn)閮?nèi)存塊大小差距太小，需要保存的內(nèi)存頭指針就多，導(dǎo)致內(nèi)存的申請(qǐng)和釋放的查找耗時(shí)劇增，直接影響內(nèi)存分配的快速性；同時(shí)，諸如內(nèi)存頭大小這樣的額外的開(kāi)銷也大大增加。所以，一般各內(nèi)存塊是采取諸如2ⁿ這樣的分配方式的。

這種通用的內(nèi)存池管理方法針對(duì)頻繁申請(qǐng)和釋放的內(nèi)存，可以高效，可靠的滿足應(yīng)用需要，同時(shí)也可以較好的避免內(nèi)存碎片的問(wèn)題。因此在目前的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中，有很大范圍的應(yīng)用。

但是，這種通用的內(nèi)存池管理方式對(duì)內(nèi)存的使用有時(shí)是有比較大的浪費(fèi)的。因?yàn)椋瑢?duì)于用戶申請(qǐng)的內(nèi)存UB，其對(duì)應(yīng)的內(nèi)存塊是在2^n-1＜＝UB＜2ⁿ這樣一個(gè)區(qū)間中，但是經(jīng)過(guò)內(nèi)存池選擇出的內(nèi)存塊大小則是2ⁿ(必須要不小于2ⁿ，否則會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存申請(qǐng)失敗)，這樣就存在(2ⁿ-UB)大小的空間浪費(fèi)，特別是UB為2^n-1+1的時(shí)候尤為明顯，而且n值愈大，內(nèi)存耗費(fèi)愈大；如果存在一定數(shù)量的用戶申請(qǐng)的內(nèi)存，其大小落在靠近2^n-1且大于2^n-1附近的話，這種浪費(fèi)就可能對(duì)嵌入式產(chǎn)品產(chǎn)生致命影響了，因?yàn)橐环矫妫度胧较到y(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；而另一方面，即使不考慮成本的因素，系統(tǒng)有限的空間和有限的板面積決定了可配置的內(nèi)存容量是很有限的。

如何揚(yáng)長(zhǎng)避短，既保持通用內(nèi)存池管理的高效性等優(yōu)點(diǎn)，又避免其可能存在的內(nèi)存浪費(fèi)是更好利用內(nèi)存池管理方式的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存池分配方法，解決現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)存浪費(fèi)的問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存池分配方法，其特點(diǎn)在于，包括如下步驟：