Buddy算法在μC/OSII動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理改進(jìn)方案中的應(yīng)用
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內(nèi)存管理是操作系統(tǒng)的中心任務(wù)之一，其主要任務(wù)是組織內(nèi)存以容納內(nèi)核和待執(zhí)行程序，跟蹤當(dāng)前內(nèi)存的使用情況，在需要時(shí)為進(jìn)程分配內(nèi)存，使用完畢后釋放并回收內(nèi)存。目前嵌入式系統(tǒng)中常用的內(nèi)存管理策略主要有兩種--靜態(tài)內(nèi)存分配和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。
靜態(tài)內(nèi)存分配：編譯或鏈接時(shí)將所需內(nèi)存分配好，程序運(yùn)行起來(lái)后所分配的內(nèi)存不釋放。對(duì)于實(shí)時(shí)性和可靠性要求極高的系統(tǒng)，不允許延遲或者分配失效，必須采用靜態(tài)內(nèi)存分配的方式。
動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配：根據(jù)程序執(zhí)行過(guò)程中所需內(nèi)存的大小而動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的策略。此方案按需分配內(nèi)存，避免了靜態(tài)分配中的內(nèi)存浪費(fèi)，靈活性比較強(qiáng)，給程序的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了很大方便。缺點(diǎn)是容易造成內(nèi)存碎片，且容易造成程序響應(yīng)不及時(shí)等問(wèn)題。
綜上所述，靜態(tài)內(nèi)存分配和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配各有優(yōu)點(diǎn)，出于嵌入式系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性及成本、功耗的考慮，如何在兩種方案中作出平衡的選擇是令嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者頭疼的事。一般的嵌入式操作系統(tǒng)都是兩種方案的高效結(jié)合，μC/OSII也不例外。除此之外，嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的分配還有以下幾點(diǎn)要求：
① 可靠性。內(nèi)存分配的請(qǐng)求必須得到滿足，如果分配失敗可能會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。比如，航天飛機(jī)的嵌入式操作系統(tǒng)若發(fā)生內(nèi)存分配失效，損失是不可估量的。
② 快速性。嵌入式系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的保證，要求簡(jiǎn)單、快速地分配內(nèi)存。
③ 高效性。嵌入式系統(tǒng)中內(nèi)存是一種有限、昂貴的資源，內(nèi)存分配要盡可能地減少浪費(fèi)。
μC/OSII作為一種典型的嵌入式操作系統(tǒng)，其內(nèi)存管理同樣要滿足以上3點(diǎn)要求，下面簡(jiǎn)單介紹μC/OSII的內(nèi)存管理策略，并分析其不足之處。
2 μC/OSII動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方案及不足
2.1 μC/OSII內(nèi)存管理方案簡(jiǎn)介
μC/OSII內(nèi)存管理模塊主要由一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體和5個(gè)函數(shù)組成：
◆ 內(nèi)存控制塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)OS_MEM；
◆ 內(nèi)存分區(qū)創(chuàng)建函數(shù)OSMemCreate（void *addr, INT32U nblks, INT32U blksize, INT8U *err）；
◆ 內(nèi)存塊分配函數(shù)OSMemGet（OS_MEM *pmem , INT8U *err）；
◆ 內(nèi)存塊釋放函數(shù)OSMemPut（OS_MEM *pmem , void *pblk）；
◆ 內(nèi)存分區(qū)狀態(tài)查詢函數(shù)OSMemQuery（OS_MEM *pmem, OS_MEM_DATA *p_mem_data）；
◆ 內(nèi)存控制塊鏈表初始化函數(shù)OSMemInit（void）。
μC/OSII用一個(gè)內(nèi)存控制塊（OS_MEM）來(lái)管理內(nèi)存分區(qū)，主要通過(guò)以下4步來(lái)管理：
① 內(nèi)存控制塊鏈表初始化函數(shù)OSMemInit（）負(fù)責(zé)創(chuàng)建空內(nèi)存控制塊結(jié)構(gòu)的鏈表，鏈表長(zhǎng)度由內(nèi)核OS_CFG.H文件中定義的OS_MAX_MEM_PART宏確定。
② 內(nèi)存塊創(chuàng)建函數(shù)OSMemCreate（）先從空內(nèi)存控制塊結(jié)構(gòu)鏈表上獲取一個(gè)空的內(nèi)存控制根塊結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶需要內(nèi)存塊的大小來(lái)創(chuàng)建分區(qū)。一個(gè)分區(qū)中含有相同大小的內(nèi)存塊，各內(nèi)存塊也是通過(guò)鏈表鏈接起來(lái)，而不同分區(qū)中的內(nèi)存塊大小一般不同，如圖1所示的PartitiON # 1和Partition # 2中內(nèi)存塊的大小是不同的。
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