[發(fā)明專利]一種嵌入式軟件安全內(nèi)存管理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110428935.6
• 申請(qǐng)日: 2011-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN103176911A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 衛(wèi)榮平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西銀河網(wǎng)電科技有限公司
• 主分類號(hào): G06F12/06
• 分類號(hào): G06F12/06
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責(zé)任公司 61108
• 代理人: 張培勛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)軟件內(nèi)存管理方法，特別是工業(yè)實(shí)時(shí)自動(dòng)化裝置中嵌入式軟件的內(nèi)存管理方法。

背景技術(shù)

計(jì)算機(jī)軟件編程過程中離不開內(nèi)存管理，通常內(nèi)存管理算法都由操作系統(tǒng)提供；應(yīng)用軟件在運(yùn)行過程中不可避免地頻繁分配、釋放和使用內(nèi)存片段，而內(nèi)存片段的訪問安全性控制、以及內(nèi)存片段分配和釋放過程中形成的大量空間碎片，通常是造成系統(tǒng)不穩(wěn)定的重要起因。在現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式軟件的功能越來越復(fù)雜，尤其是面向?qū)ο蠹夹g(shù)的廣泛使用，傳統(tǒng)的靜態(tài)內(nèi)存分配模式已不能滿足軟件編程過程中的算法需求。

目前在嵌入式系統(tǒng)中大量采用各種嵌入式操作系統(tǒng)，這些系統(tǒng)中提供了各具特色的內(nèi)存管理算法，它們大多關(guān)心內(nèi)存的分配和釋放引起的碎片問題，通常采用固定尺寸的空間分配策略，造成空間利用效率低，并且這些算法沒有檢測(cè)內(nèi)存片內(nèi)容改寫越界的問題。而這些問題，均是工業(yè)控制系統(tǒng)中滿7x24應(yīng)用中不能容忍的。

為了在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)對(duì)越來越復(fù)雜的功能需要，面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)越來越受到重視；然而，面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)中許多面向?qū)ο蟊旧硖卣鲙Ыo設(shè)計(jì)者的優(yōu)越體驗(yàn)，要大量動(dòng)態(tài)創(chuàng)建對(duì)象時(shí)才能顯現(xiàn)出來，而大量動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和釋放對(duì)象實(shí)例往往會(huì)給系統(tǒng)中的內(nèi)存管理帶來大量的內(nèi)存碎片；往往是總的內(nèi)存用量不多，卻又分配不到需要的內(nèi)存片；直接基于地址指標(biāo)的內(nèi)存訪問方法，在這種情況下沒有有效的碎片收集方法來避免系統(tǒng)崩潰。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種嵌入式軟件安全內(nèi)存管理方法，能夠在內(nèi)存碎片多、內(nèi)存分配申請(qǐng)失敗時(shí)，進(jìn)行安全的內(nèi)存碎片收集，確保軟件安全可靠地運(yùn)行。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，基于固定訪問標(biāo)識(shí)的內(nèi)存管理方法，其特征是：包括：

內(nèi)存池，在RAM中靜態(tài)分配的存貯空間，用于存放分配給客戶代碼使用的內(nèi)存片；

索引表，在RAM中靜態(tài)分配的存貯空間，用于存放內(nèi)存片索引；

一組用于完成內(nèi)存片的管理的算法，這些算法在內(nèi)存池中分配內(nèi)存片并通過索引表進(jìn)行管理，客戶代碼采用固定的訪問標(biāo)識(shí)進(jìn)行申請(qǐng)、訪問和釋放等操作。

內(nèi)存池是在嵌入式系統(tǒng)RAM中靜態(tài)分配出來的一片存貯空間，其大小由嵌入式軟件編程時(shí)預(yù)先配置，軟件中各功能應(yīng)用中需要分配的內(nèi)存片均在內(nèi)存池中分配。

在嵌入式系統(tǒng)RAM中靜態(tài)分配出來的一片存貯空間，具有固定尺寸的結(jié)構(gòu)，其數(shù)量在嵌入式軟件編程時(shí)預(yù)先配置，在內(nèi)存池中分配的內(nèi)存片的信息，都記錄在索引表中。

在內(nèi)存池中分配的存貯空間，至少包括信息存貯空間和邊界標(biāo)志。?

用于完成內(nèi)存片的管理的算法是基于客戶代碼提供的訪問標(biāo)識(shí)。

所述的索引表為固定尺寸的結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)中至少包含內(nèi)存片所屬的固定訪問標(biāo)識(shí)、內(nèi)存片起始地址、內(nèi)存片長(zhǎng)度、分配計(jì)數(shù)四項(xiàng)記錄；至少包含內(nèi)存片分配、內(nèi)存片訪問、碎片收集、內(nèi)存片釋放的方法。

所述的標(biāo)識(shí)用于內(nèi)存管理算法將訪問標(biāo)識(shí)與內(nèi)存片一對(duì)一地聯(lián)系起來；內(nèi)存片起始地址是內(nèi)存片在內(nèi)存池中的分配的空間的開始地址，用于為使用內(nèi)存片的；內(nèi)存片長(zhǎng)度是客戶代碼申請(qǐng)內(nèi)存片時(shí)指定的信息存貯空間尺寸和邊界標(biāo)志長(zhǎng)度之和；分配計(jì)數(shù)是指客戶代碼使用同一個(gè)固定標(biāo)志分配空間的次數(shù)；內(nèi)存管理算法以固定訪問標(biāo)識(shí)為憑據(jù)，在內(nèi)存池中搜索已分配過的具有相同固定訪問標(biāo)識(shí)的內(nèi)存片，對(duì)重復(fù)訪問標(biāo)志分配要求，對(duì)索引項(xiàng)中的訪問計(jì)數(shù)加一；分配失敗時(shí)算法主動(dòng)完成內(nèi)存碎片收集。

以固定訪問標(biāo)識(shí)為憑據(jù)，在內(nèi)存池中搜索已分配過的具有相同固定訪問標(biāo)識(shí)的內(nèi)存片，并且檢測(cè)內(nèi)存片的邊界標(biāo)志是否被破壞。

將已分配的內(nèi)存片強(qiáng)行移動(dòng)到從內(nèi)存池起始地址開始的一片連續(xù)存貯空間中，各內(nèi)存片首尾相接，不留縫隙，同時(shí)修改索引表中對(duì)應(yīng)索引項(xiàng)中記錄的內(nèi)存片起始地址；收集后內(nèi)存池中最后一個(gè)塊內(nèi)存片之后全部為自由存貯空間；以固定訪問標(biāo)識(shí)為憑據(jù)，在內(nèi)存池中搜索已分配過的具有相同固定訪問標(biāo)識(shí)的內(nèi)存片；若找到，則將其中的分配計(jì)數(shù)減一；當(dāng)分配計(jì)數(shù)為0時(shí)，釋放內(nèi)存片。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

提供了一套用于嵌入式軟件編程過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理的一系列算法，實(shí)現(xiàn)了安全、高效的動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理；這可以克服原有設(shè)計(jì)模式下需要在編程階段為每個(gè)需要貯存器的代碼靜態(tài)分配內(nèi)存、并且還不能確保訪問的內(nèi)存片中的內(nèi)容的可靠性這一問題；尤其是現(xiàn)代嵌入式軟件發(fā)展到越來越復(fù)雜，面向?qū)ο蠹夹g(shù)在嵌入式軟件編程中得到越來越深入的應(yīng)用，在安全、可靠、無碎片的動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理技術(shù)的支持下，面向?qū)ο蠹夹g(shù)可發(fā)揮其全部的潛能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是內(nèi)存片的結(jié)構(gòu)圖；