一种嵌入式系统的内存分配方案

成：单元尺寸、块尺寸（或者单元数目）、缓冲池指针、空闲链表、用于统计和调试的参数等。对缓冲池的操作包括创建缓冲池、释放缓冲池、从缓冲池中分配1个内存单元、释放内存单元回缓冲池等。下面举2个例子说明一下该方案的具体使用情况。

4．1 Intel交换机驱动程序中内存分配

　　在以Intel的交换芯片为基础的交换机方案中，因为采用的是软件地址学习的方式，需要在内存中维护许多数据，如MAC地址表的软拷贝、VLAN表、静态单播地址表、组播地址表等。这些表都是由一些树组成，每个树由一些固
定尺寸的节点组成。一般每个节点几十个字节，每棵树的节点数是可增长的，少则几十，最多可到16K个节点。因此，很适合于采用该方案，具体的实现如下：

　　（1）缓冲池结构

　　BlockMemMgr typedef struct{ MemSize data_cell_size; /*数据单元的尺寸*/ MemSize block_size; /*块尺寸*/

　　/*下面的变量为预定义的每个管理器最多包含的块数，如64 MAX_BLOCKS_OF_MEM_SIZE*/ Unsigned short blocks_being_used;/*已使用的块数*/

　　Void mem_ptr[PAX_BLOCKS_OF_MEM_SIZE]; /*块数组*/

　　SLList free_data_cells_list; /*空闲链表*/

　　}BlockMemMgr;

　　结构中的参数包括：单元尺寸、块尺寸、已用块数、所有块的地址、空闲链表（单向链表）。

　　（2）缓冲池的管理函数

　　◆block_mem_create：创建块内存管理器，参数包括内存指针（如为NULL，表示自己分配）、块尺寸、单元尺寸、返回管理器指针。 过程如下：

　　①检验参数合法性。

　　②单元尺寸4字节对齐，计算每个块中的单元数。对内存指针进行4字节对齐或者分配内存指针。

　　③初始化结构BlockMemMgr，包括单元尺寸和块尺寸。设置第1个内存块的指针。如果内存是外来的，设置块已用标志（已用为0），表示不能增加块；否则，已用块数设为1。

　　④创建空闲链表，将块内所有单元添加到链表中，最后一个单元处于链表的最前面。 ⑤返回BlockMemMgr。

　　◆block_mem_destroy：解构一个块内存管理器，释放它所分配的所有内存，调用者负责外部内存的释放。参数为BlockMemMgr。返回成功失败标志。

　　①参数合法性检测。

　　②删除单向链表（设链表指针为NULL）。

　　③如果块是动态分配的，释放它们。

　　④释放结构BlockMemMgr。

　　◆block_malloc：从块内存管理器中分配1个单元 ⑤释放结构BlockMemMgr

　　◆block_malloc：从块内存管理器中分配1个单元。参数为BlockMemMgr，返回数据单元指针。

　　① 参数合法性检测。

　　② 判断空闲链表是否为空（是否为NULL）。如果为空，判断是否可以动态分配块，如果不能，返回失败；如果可以动态分配块，则分配1个块，执行与block_mem_create一样的操作。

　　③ 从空闲链表中分配第1个单元，返回其指针。 注意这里有一个小技巧，即数据单元在空闲时其中存放空闲链表的节点信息，而分配后则存放数据内容。

　　◆block_free：释放1个数据单元，返回块内存管理器。小心不要对1个单元释放2次。参数为BlockMemMgr和单元指针。

　　①参数合法性检测。

　　②地址比较，判断数据单元属于哪个块。

　　③判断数据单元的内容是否为空闲链表节点信息（也就是块内某单元的地址），从而确定是否为2次释放。

　　④ 将该数据单元插入到空闲链表的前面。

　　⑤ 引用该单元的指针设为NULL。

　　内存管理代码遵守如下约定：

　　① 管理的内存是实际可写的内存；

　　② 分配内存是4字节或32位对齐；

　　③block_malloc、bloc

　　k_free在中断级调用是部分安全的，除非BLOCK中已经没有空闲CELL，需要重新调用malloc分配新的BLOCK（而malloc和free就不是安全的，因为其中使用了信号量和搜索算法，容易引起中断服务程序阻塞）。当然，block_mem_create和block_mem_destroy必须在进程级调用。

4．2 TMS中的内存分配

　　TMS是WindRiver公司为可管理式交换机推出的开发包。它用用IDB来管理各种协议的数据，比如STP和GVRP等。为了支持IDB，它建立了自己的缓冲池管理方案，程序在bufPoolLib.c中。该程序包含用于缓冲池管理的函数，这些函数允许从1个池中分配固定数目和大小的缓冲区。通过预先分配一定数目固定大小的缓冲区，避免了反复的小的内存块分配/释放相关联的内存碎片和浪费。既然它从1个单一的块中分配缓冲池，也比对每一个缓冲区执行1次分配有更高的空间效率。模块对每个缓冲区加上1个标记（MAGIC），释放时会检查标记。模块给用户提供分配和释放操作定义回调函数的能
力。这样可以做到自动的对象创建和解构，同时允许由多个缓冲池分配的成员组成的对象做为1个单一的实体删除。这类似于C++中自动的对象构建和解构，不过是用C语言并且没有堆栈分配的负担。模块既允许从堆栈中分配缓冲池（通过calloc），也可以在用户分配的空间中创建它们。模块用1个单向链表来维护未分配的缓冲区，但不跟踪已分配的缓冲区。模块并不是任务安全的，用户需要用信号时来保护缓冲池。

　　（1）缓冲池结构

　　typedef struct { ulong_t magic; /*用于一致性检测的特殊标记*/

　　Boolean localAlloc; /*内存是否在创建缓冲区时分配*/

　　SL_LIST freeList; /*空闲链表*/

　　Void store; /*缓冲区指向的内存指针*/

　　STATUS(*createFn)(void*,ulong_t argl); /*创建缓冲区时的回调函数指针*/ STATUS（*destroyFn）(void*,ulong_targl);/*释放缓冲区时的回调函数指针*/ Ulong_t argVal;/*回调函数的参数*/

　　} buf_pool_t;

　　结构中的参数包括检查标记MAGIC、是否本地分配、空闲链表、内存指针、创建缓冲池的回调函数指针、释放时的回调函数指针、回调函数参数。

　　（2）相关函数

　　◆BufPoolInitializeStorage：分配和初始化存储区。参数包括存储区地址（如为NULL，则本地分配）、缓冲区大小、缓冲区个数。

　　①根据缓冲区大小和个数获得所需的内存大小。

　　②如果指针为NULL，则调用calloc分配内存。设置本地分配标志。

　　③初始化内存为0。

　　④初始化指针。分配的内存块最前面为缓冲池结构buf_pool_t。实际的存储区紧随其后。Buf_pool_t包含参数检查标记、是否本地分配、存储区地址、分配时回调函数、释放时回调函数、回调函数变量。此时只设置存储区指针。

　　◆BufPoolCreate：创建缓冲池。参数为内存制止。缓冲区尺寸和个数，创建时回调函数、释放时回调函数、回调函数参数。 ①尺寸对齐。 ②调用bufPoolInitializeStorage初始化内存区和buf_pool_t结构。 ③用传入参数填充buf_pool_t结构。 ④将缓冲区添加到空闲链表中，最后的缓冲区在最前面。

　　◆BufPoolDestroy：删除缓冲池。参数为buf_pool_t指针。 ①检查缓冲池结构中的MAGIC字段是否被个性。 ②如果是本地分配的则翻放内存区。

　　◆BufPoolAlloc：从缓冲池中分配一个缓冲区，参数为缓冲池结构指针。如果存在空闲缓冲区，则从空闲链表中除并提供给调用者，执行创建时回调函数。如果回调函数返回错误，则将缓冲区返还给空闲链表。 ①检查缓冲池结构中的MAGIC标记是否完好。 ②从空闲链表中取出头一个节点。 ③如果节点不为空，清空节点，以其地址为参数调用回调函数。 ④如果回调函数返回错误，则将节点还给空闲链表。 ⑤返回得到空闲缓冲区地址。

　　◆BufPoolFree：将缓冲区返回给缓冲池。如果定义了回调函数，将在归还缓冲之间调用回调函数。参数为缓冲池结构和缓冲区指针。 ①缓冲池MAGIC标记是否完好。 ②如果定义回调函数、调用之。如果返回错误，则设置错误号。 ③将缓冲区添加到空闲链表中头部。 注意该函数有2点：①回调函数返回错误，照样归还缓冲区。②没有检查缓冲区是否二次释放，这一点与Intel的驱动程序不同。 另外，TMS的缓冲池没有BLOCK要领，不需要判断哪个CELL属于哪个BLOCK，简化 了操作。