liteos内存（三）

1. 概述

1.1 基本概念

内存管理模块管理系统的内存资源，它是操作系统的核心模块之一。主要包括内存的初始化、分配以及释放。

在系统运行过程中，内存管理模块通过对内存的申请/释放操作，来管理用户和OS对内存的使用，使内存的利用率和使用效率达到最优，同时最大限度地解决系统的内存碎片问题。

Huawei LiteOS的内存管理分为静态内存管理和动态内存管理，提供内存初始化、分配、释放等功能。

• 动态内存：在动态内存池中分配用户指定大小的内存块。
  • 优点：按需分配。
  • 缺点：内存池中可能出现碎片。
• 静态内存：在静态内存池中分配用户初始化时预设（固定）大小的内存块。
  • 优点：分配和释放效率高，静态内存池中无碎片。
  • 缺点：只能申请到初始化预设大小的内存块，不能按需申请。

1.2 动态内存运作机制

动态内存管理，即在内存资源充足的情况下，从系统配置的一块比较大的连续内存（内存池），根据用户需求，分配任意大小的内存块。当用户不需要该内存块时，又可以释放回系统供下一次使用。

与静态内存相比，动态内存管理的好处是按需分配，缺点是内存池中容易出现碎片。

系统动态内存管理结构如图1所示：

第一部分：堆内存（也称内存池）的起始地址及堆区域总大小

第二部分：本身是一个数组，每个元素是一个双向链表，所有free节点的控制头都会被分类挂在这个数组的双向链表中。

假设内存允许的最小节点为2^{min字节，则数组的第一个双向链表存储的是所有size为2}min<size< 2^{min+1的free节点，第二个双向链表存储的是所有size为2}min+1<size< 2^{min+2的free节点，依次类推第n个双向链表存储的是所有size为2}min+n-1<size< 2^min+n的free节点。(这个有点像buddy算法)每次申请内存的时候，会从这个数组检索最合适大小的free节点，进行分配内存。每次释放内存时，会将该片内存作为free节点存储至这个数组，以便下次再利用。

第三部分：占用内存池极大部分的空间，是用于存放各节点的实际区域。以下是LOS_MEM_DYN_NODE节点结构体申明以及简单介绍：

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 静态内存运作机制

静态内存实质上是一块静态数组，静态内存池内的块大小在初始化时设定，初始化后块大小不可变更。

静态内存池由一个控制块和若干相同大小的内存块构成。控制块位于内存池头部，用于内存块管理。内存块的申请和释放以块大小为粒度。

图 3-4 静态内存示意图

2. 动态内存

2.1 开发指导

2.1.1 使用场景

内存管理的主要工作是动态的划分并管理用户分配好的内存区间。

动态内存管理主要是在用户需要使用大小不等的内存块的场景中使用。

当用户需要分配内存时，可以通过操作系统的动态内存申请函数索取指定大小内存块，一旦使用完毕，通过动态内存释放函数归还所占用内存，使之可以重复使用。

2.1.2 功能

Huawei LiteOS系统中的动态内存管理模块为用户提供下面几种功能，具体的API详见接口手册。

功能分类	接口名	描述
内存初始化	LOS_MemInit	初始化一块指定的动态内存池，大小为size。
申请动态内存	LOS_MemAlloc	从指定动态内存池中申请size长度的内存。
释放动态内存	LOS_MemFree	释放已申请的内存。
重新申请内存	LOS_MemRealloc	按size大小重新分配内存块，并保留原内存块内容。
内存对齐分配	LOS_MemAllocAlign	从指定动态内存池中申请长度为size且地址按boundary字节对齐的内存。
获取内存大小	LOS_MemPoolSizeGet	获取指定的动态内存池总大小
获取内存大小	LOS_MemTotalUsedGet	获取指定动态内存池的总使用量大小
获取内存块数量	LOS_MemFreeBlksGet	获取指定内存池的空闲内存块数量
获取内存块数量	LOS_MemUsedBlksGet	获取指定内存池的已使用的内存块数量
获取分配指定内存区域的任务ID	LOS_MemTaskIdGet	获取分配了指定内存区域的任务ID
获取最后节点内存大小	LOS_MemLastNodeGet	获取除大小为零的终端节点之外的最后一个节点的内存大小
获取内存结构信息	LOS_MemInfoGet	获取指定内存池的内存结构信息
对指定内存池做完整性检查	LOS_MemIntegrityCheck	对指定内存池做完整性检查
获取节点大小	LOS_MemNodeSizeCheck	获取节点的总大小和可操作大小
设定内存检查级别	LOS_MemCheckLevelSet	设定内存检查级别
获取内存检查级别	LOS_MemCheckLevelGet	获取内存检查级别

2.1.3 开发流程

1. 配置：

• OS_SYS_MEM_ADDR：系统动态内存池起始地址，一般不需要修改
• OS_SYS_MEM_SIZE：系统动态内存池大小，以byte为单位，系统默认分配DDR后未使用的空间
• LOSCFG_BASE_MEM_NODE_INTEGRITY_CHECK：内存越界检测开关，默认关闭。打开后，每次申请动态内存时执行动态内存块越界检查；每次释放静态内存时执行静态内存块越界检查。

1. 初始化LOS_MemInit。

初始一个内存池后如图，生成一个 EndNode，并且剩余的内存全部被标记为FreeNode节点。注： EndNode作为内存池末尾的节点， size为0。

1. 申请任意大小的动态内存LOS_MemAlloc。

判断动态内存池中是否存在申请量大小的空间，若存在，则划出一块内存块，以指针形式返回，若不存在，返回NULL。

调用三次LOS_MemAlloc函数可以创建三个节点,假设名称分别为UsedA， UsedB，UsedC，大小分别为sizeA， sizeB， sizeC。因为刚初始化内存池的时候只有一个大的FreeNode，所以这些内存块是从这个FreeNode中切割出来的。

当内存池中存在多个FreeNode的时候进行malloc，将会适配最合适大小的FreeNode。用来新建内存块，减少内存碎片。若新建的内存块不等于被使用的FreeNode的大小，则在新建内存块后，多余的内存又会被标记为一个新的FreeNode。

1. 释放动态内存LOS_MemFree。

回收内存块，供下一次使用。

假设调用LOS_MemFree释放内存块UsedB，则会回收内存块UsedB，并且将其标记为FreeNode

2.1.4 平台差异性

无

2.2 编程实例

2.2.1 实例描述

Huawei LiteOS运行期间，用户需要频繁的使用内存资源，而内存资源有限，必须确保将有限的内存资源分配给急需的程序，同时释放不用的内存。

通过Huawei LiteOS内存管理模块可以保证高效、正确的申请、释放内存。

本实例执行以下步骤：

1. 初始化一个动态内存池。
2. 在动态内存池中申请一个内存块。
3. 使用这块内存块存放一个数据。
4. 打印出存放在内存块中的数据。
5. 释放掉这块内存。

2.2.2 编程实例

VOID los_memory_test() {
    UINT32 *p_num = NULL;
    UINT32 uwRet;
    uwRet = LOS_MemInit(m_aucSysMem0, 32);
    if (LOS_OK == uwRet) {
        dprintf("内存池初始化成功!\n");
    }
    else {
        dprintf("内存池初始化失败!\n");
        return;
    }
    /*分配内存*/
    p_num = (int*)LOS_MemAlloc(m_aucSysMem0, 4);
    if (NULL == p_num) {
        dprintf("内存分配失败!\n");
        return;
    }
    dprintf("内存分配成功\n");
    /*赋值*/
    *p_num = 828;
    dprintf("*p_num = %d\n", *p_num);
    /*释放内存*/
    uwRet = LOS_MemFree(m_aucSysMem0, p_num);
    if (LOS_OK == uwRet) {
        dprintf("内存释放成功!\n");
    }
    else {
        dprintf("内存释放失败!\n");
    }
    return;
}

2.2.3 结果验证

图 3-5 结果显示

3. 静态内存

3.1 开发指导

当用户需要使用固定长度的内存时，可以使用静态内存分配的方式获取内存，一旦使用完毕，通过静态内存释放函数归还所占用内存，使之可以重复使用。

3.2 功能

Huawei LiteOS的静态内存管理主要为用户提供以下功能。

功能分类	接口名	描述
初始化静态内存	LOS_MemboxInit	初始化一个静态内存池，设定其起始地址、总大小及每个块大小
清除静态内存内容	LOS_MemboxClr	清零静态内存块
申请一块静态内存	LOS_MemboxAlloc	申请一块静态内存块
释放内存	LOS_MemboxFree	释放一个静态内存块

3.3 开发流程

本节介绍使用静态内存的典型场景开发流程。

1. 规划一片内存区域作为静态内存池。
2. 调用LOS_MemboxInit接口。

系统内部将会初始化静态内存池。将入参指定的内存区域分割为N块（N值取决于

静态内存总大小和块大小），将所有内存块挂到空闲链表，在内存起始处放置控

制头。

1. 调用LOS_MemboxAlloc接口。

系统内部将会从空闲链表中获取第一个空闲块，并返回该块的用户空间地址。

1. 调用LOS_MemboxFree接口。

将该块内存加入空闲块链表。

1. 调用LOS_MemboxClr接口。

系统内部清零静态内存块，将入参地址对应的内存块清零

3.3 编程实例

Huawei LiteOS运行期间，用户需要频繁的使用内存资源，而内存资源有限，必须确保将有限的内存资源分配给急需的程序，同时释放不用的内存。

通过内存管理模块可以保证正确且高效的申请释放内存。

本实例执行以下步骤：

1. 初始化一个静态内存池。
2. 从静态内存池中申请一块静态内存。
3. 使用这块内存块存放一个数据。
4. 打印出存放在内存块中的数据。
5. 清除内存块中的数据。
6. 释放掉这块内存；

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("内存池初始化失败!\n");
        return;
    }
    else {
        dprintf("内存池初始化成功!\n");
    }
    /*申请内存块*/
    p_num = (int*)LOS_MemboxAlloc(pBoxMem);
    if (NULL == p_num) {
        dprintf("内存分配失败!\n");
        return;
    }
    dprintf("内存分配成功\n");
    /*赋值*/
    *p_num = 828;
    dprintf("*p_num = %d\n", *p_num);
    /*清除内存内容*/
    LOS_MemboxClr(pBoxMem, p_num);
    dprintf("清除内存内容成功\n *p_num = %d\n", *p_num);
    /*释放内存*/
    uwRet = LOS_MemboxFree(pBoxMem, p_num);
    if (LOS_OK == uwRet) {
        dprintf("内存释放成功!\n");
    }
    else{
        dprintf("内存释放失败!\n");
    }
    return;

3.4 结果验证

图 3-6 结果显示