嵌入式LwIP协议栈的内存管理

2.2 应用程序管理的存储器

应用程序管理的存储器是指应用程序管理、操作的存储区域，一般从该区域为应用程序发送数据分配缓存。虽然该存储区域不由TCP/IP协议栈管理，但在不严格分层的协议栈中，该存储区域必须与TCP/IP管理的存储器协同工作。为节省内存,LwIP不采取分级访问模式，而是通过指针访问数据。这样就不需要为数据的传递分配存储空间。应用程序发送的数据在交付LwIP后，LwIP就认为这些数据是不能被改动的，因此应用程序的数据被认为是永远存在并且不能被改变的。这一点与ROM很相似，类型名PBUF_ROM也由此而来。

如图3所示，PBUF_ROM的数据指针payload指向External memory(外部存储区)。External memory指不由TCP/IP协议栈管理的存储区，它可以是应用程序管理的存储器为用户数据分配的缓存，也可以是ROM区域，如静态网页中的字符串常量等。由于由应用程序交付的数据不能被改动，因此就需要动态地分配一个PBUF_RAM来装载协议的首部，然后将PBUF_RAM(首部)添加到PBUF_ROM(数据)的前面。这样就构成了一个完整的数据分组。

图3中的PBUF_ROM还可以是PBUF_REF。PBUF_REF和PBUF_ROM的特性非常相似，都可以实现数据的零拷贝。但是当发送的数据需要排队时就表现出PBUF_REF的特性了。例如在发送分组时，待发送的分组需要在ARP队列中排队，假如这些分组中有PBUF_ROM类型的pbuf，则说明该类型pbuf中的数据位于应用程序的存储区域，是通过指针被PBUF_ROM引用的。这样直到分组被处理之前，被引用的应用程序的这块存储区域都不能另作它用。在此情况下要用到PBUF_REF类型的pbuf。在排队时，LwIP会为PBUF_REF类型的pbuf分配缓存(PBUF_POOL或PBUF_RAM)，并将引用的应用程序的数据拷贝到分配的缓存中。这样应用程序中被引用数据的存储区域就能被释放。

pbuf结构实现了层与层之间的数据传递，但其非常消耗内存，并且需要TCP/IP协议栈为之分配存储空间，例如协议控制udp_pcb、tcp_pcb等。通常，嵌入式TCP/IP协议栈都不是严格分层的，尽量减少对内存的需求是实现嵌入式TCP/IP的重点，内核的内存管理机制直接关系到嵌入式TCP/IP协议栈的性能。