LiteOS-M小型系统内核之内存管理——基本概念&静态内存

发布于 2021-7-21 18:12
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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。

OpenHarmony LiteOS-M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。

 

 

静态内存

运行机制

静态内存实质上是一个静态数组,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LOS_MEMBOX_INFO和若干相同大小的内存块LOS_MEMBOX_NODE构成。控制块位于内存池头部,用于内存块管理,包含内存块大小uwBlkSize,内存块数量uwBlkNum,已分配使用的内存块数量uwBlkCnt和空闲内存块链表stFreeList。内存块的申请和释放以块大小为粒度,每个内存块包含指向下一个内存块的指针pstNext。

图 1 静态内存示意图LiteOS-M小型系统内核之内存管理——基本概念&静态内存-开源基础软件社区

开发指导

使用场景

当用户需要使用固定长度的内存时,可以通过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。

接口说明

OpenHarmony LiteOS-M的静态内存管理主要为用户提供以下功能,接口详细信息可以查看API参考。

表 1 静态内存模块接口

功能分类

接口名

描述

初始化静态内存池

LOS_MemboxInit

初始化一个静态内存池,根据入参设定其起始地址、总大小及每个内存块大小。

清除静态内存块内容

LOS_MemboxClr

清零从静态内存池中申请的静态内存块的内容。

申请、释放静态内存

LOS_MemboxAlloc

从指定的静态内存池中申请一块静态内存块。

LOS_MemboxFree

释放从静态内存池中申请的一块静态内存块。

获取、打印静态内存池信息

LOS_MemboxStatisticsGet

获取指定静态内存池的信息,包括内存池中总内存块数量、已经分配出去的内存块数量、每个内存块的大小。

LOS_ShowBox

打印指定静态内存池所有节点信息(打印等级是LOS_INFO_LEVEL),包括内存池起始地址、内存块大小、总内存块数量、每个空闲内存块的起始地址、所有内存块的起始地址。

 说明: 初始化后的内存池的内存块数量,不等于总大小除于内存块大小,因为内存池的控制块和每个内存块的控制头,都存在内存开销,设置总大小时,需要将这些因素考虑进去。

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初始化静态内存池。

    初始化会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。

  3. 调用LOS_MemboxAlloc接口分配静态内存。

    系统将会从空闲链表中获取第一个空闲块,并返回该内存块的起始地址。

  4. 调用LOS_MemboxClr接口。

    将入参地址对应的内存块清零。

  5. 调用LOS_MemboxFree接口。

    将该内存块加入空闲链表。

编程实例

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. 在内存块存放一个数据。

  4. 打印出内存块中的数据。

  5. 清除内存块中的数据。

  6. 释放该内存块。

    示例代码如下:

    #include "los_membox.h"
    
    VOID Example_StaticMem(VOID)
    {
        UINT32 *mem = NULL;
        UINT32 blkSize = 10;
        UINT32 boxSize = 100;
        UINT32 boxMem[1000];
        UINT32 ret;
    
        /*内存池初始化*/
        ret = LOS_MemboxInit(&boxMem[0], boxSize, blkSize);
        if(ret != LOS_OK) {
            printf("Membox init failed!\n");
            return;
        } else {
            printf("Membox init success!\n");
        }
    
        /*申请内存块*/
        mem = (UINT32 *)LOS_MemboxAlloc(boxMem);
        if (NULL == mem) {
            printf("Mem alloc failed!\n");
            return;
        }
        printf("Mem alloc success!\n");
    
        /*赋值*/
        *mem = 828;
        printf("*mem = %d\n", *mem);
    
        /*清除内存内容*/
        LOS_MemboxClr(boxMem, mem);
        printf("Mem clear success \n *mem = %d\n", *mem);
    
        /*释放内存*/
        ret = LOS_MemboxFree(boxMem, mem);
        if (LOS_OK == ret) {
            printf("Mem free success!\n");
        } else {
            printf("Mem free failed!\n");
        }
    
        return;
    }

结果验证

输出结果如下:

Membox init success!
Mem alloc success!
*mem = 828
Mem clear success   
*mem = 0
Mem free success!

已于2021-7-21 18:12:10修改
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