Nucleus操作系统内存池模块移植的研究与应用

创建时，首先为控制块指针赋值，内存池大小与最小分区大小进行字对齐校正；判断控制块指针、起始地址、最小分配空间、挂起标志是否合法。创建过程如下：初始化控制块中的各个参数，并按图5初始化小块、创建小块双向循环链表，与静态分配相同需要先进行线程保护再加入到池动态内存池链表。
2.2 动态内存池的申请
动态申请主要用于操作系统内模块(如任务、队列等)的堆栈分配与模块占用空间的分配。由于在TD-LTE无线综合测试仪中这些分配的空间大小浮动不定，因此需要使用动态分配内存。Nucleus中动态分配采用首次匹配原则，每一次申请内存时动态分配申请大小加16 B(这个16 B的头对应剩下的可用空间)的内存池空间，并把分配过的部分设置为不可用状态free=‘0x00’。
负责实现的函数是DMC_Allocate_Memory。首先进行各种参数的合法性检测，然后将分配空间size小于最小分配空间的分配空间大小赋值为最小空间，对size进行字对齐处理，调用线程保护后采用首先匹配法来找适用空间，即：在循环体中先判断free标志，是空闲块(free=‘0x01’)，则算出减去本次分配的头后所剩的空间，当此空间大于本次请求size时进行分配，小于时则移动到下一个块；若不是空闲块，则直接把剩余空间设置为0进行后面小于size时移动到下一个块的判断。注意：这里用到了控制块中的dm_search_ptr属性（结构与小块的头相同），该属性用于记录开始匹配的起始位置，作为判断循环体结束的条件之一，如果循环到此处，就表示没有找到可分配空间。图6是动态分配的流程图。

循环结束后判断是否找到可用于分配的块，若找到则进行是否需要分割该可用块的判断。条件是这个可用块的大小大于或等于本次所需空间size+头大小+最小分配空间的值，若满足此条件则分割出一个新块并对其加头初始化，再计算出剩余可用空间；不满足此条件则直接计算剩余可用空间。分配的空间标志为非空闲后，把所分配空间的地址赋给指向调用的内存指针（注意去头）。为提高效率，还需要进行一个简单处理，即判断如果在搜索块时一次性匹配成功，则将dm_search_ptr移向下一个块。
如果没有找到可用块则将任务挂起等待，没有采用挂起模式则直接返回NULL给指向调用的内存指针，最后调用TCT_Unprotect解保护。图7是分配第一块内存后动态内存池的结构。

2.3 动态内存池的释放
释放过 程与静态类似，需要注意的是，如果相邻块有空闲块需要合并，则合并后把dm_search_ptr指向当前合并的空闲块。
动态分配内存的算法复杂度要高于静态分配，从时间复杂度来看，静态分配是O(1)、动态是O(n)。但是动态分配的内存利用率要高于静态分配内存[5]，在实际应用中要结合具体情况决定采用何种分配方式。在本设计中合理使用了两种分配方式：在静态分配中进行密度的动态判断，在动态分配中进行静态的最小分配大小匹配。动、静相结合，使操作系统在分配中尽可能地节约内存的同时，有效减少了内存碎片。本分配方式已经运用于TD-LTE无线综合测试仪中，在实现操作系统基本内存管理功能的同时，满足了TD-LTE无线综合测试仪对系统内存资源和调度时间的设计要求。
参考文献
[1] 冯宝祥，王桂棠.嵌入式实时操作系统Nucleus PLUS在S3C2410A上移植的实现[J].电子设计应用，2007(5)：104-106.
[2] 王小银，陈莉君.Linux内核中内存池的实现及应用[J]. 西安邮电学院学报，2001，16(4)：40-43.
[3] 张磊，王忠仁.嵌入式系统中一种池式内存管理中应用 [J].实验科学与技术，2007，5(2)：150-152
[4] LMAS S H.An application-level memory management service[C].ICTTA 2008.3rd International Conference on.7-11 April 2008：1-4.
[5] MUTSCHLER D W.Enhancement of memory pools toward a multi-threaded implementation of the Joint integrated mission model(JIMM)[C].WSC 06.Proceedings of the Winter.3-6 Dec.2006：856-862.