專利名稱：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中非緩沖內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)中的內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方法。
背景技術(shù)：
嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)一般由任務(wù)調(diào)度管理、時(shí)間管理、任務(wù)同步和通信、內(nèi)存管理等幾部分組成。因?yàn)閷?shí)時(shí)操作系統(tǒng)對內(nèi)存的依賴性很強(qiáng)，因此內(nèi)存管理作為操作系統(tǒng)的核心就顯得很重要。
現(xiàn)在常用的固定大小內(nèi)存分配算法是使用的UB(Unbuffer，非緩沖)塊分配算法其具體算法如下預(yù)先向操作系統(tǒng)申請一塊大的內(nèi)存區(qū)，它預(yù)先把大塊自由空間定義為用戶保留空間，不能把全部空間都定義為用戶保留空間，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)本身以及一些協(xié)議棧運(yùn)行也需要一些空間。再將該內(nèi)存區(qū)劃分為若干內(nèi)存池，每個(gè)內(nèi)存池中內(nèi)存塊的大小固定，各種大小的內(nèi)存塊的數(shù)量可根據(jù)需要配置。為了能夠最大程度上令初始配置與實(shí)際使用UB數(shù)量吻合，在程序中可以增加各種UB峰值使用的統(tǒng)計(jì)，以此數(shù)據(jù)調(diào)整各種UB的數(shù)量。
根據(jù)實(shí)際情況可以將緩沖池分為64，128，256，512，1024，2048，4096，8192八種大小，每種大小的緩沖池用循環(huán)隊(duì)列來進(jìn)行管理，提供申請內(nèi)存和釋放內(nèi)存的接口。內(nèi)存管理提供其調(diào)試信息和狀態(tài)統(tǒng)計(jì)信息。申請內(nèi)存時(shí)根據(jù)申請內(nèi)存的大小選擇管理隊(duì)列，從隊(duì)列的頭摘取一個(gè)緩沖區(qū)返回指針給申請者，釋放時(shí)將內(nèi)存追加到隊(duì)列的尾部。
每種大小的內(nèi)存塊都有一個(gè)內(nèi)存管理結(jié)構(gòu)，記錄下該種內(nèi)存的使用情況(空閑內(nèi)存?zhèn)€數(shù)、最大利用個(gè)數(shù)和累計(jì)申請?jiān)摲N內(nèi)存的次數(shù))。內(nèi)存隊(duì)列使用一級索引，申請內(nèi)存的大小直接映射到隊(duì)列的編號。
內(nèi)存劃分和緩沖池結(jié)構(gòu)及內(nèi)存的操作維護(hù)算法圖1所示是內(nèi)存塊劃分的情況和緩沖池POOL的結(jié)構(gòu)圖。圖2所示是內(nèi)存的操作維護(hù)算法圖，內(nèi)存隊(duì)列是一個(gè)簡單的循環(huán)隊(duì)列，申請時(shí)從隊(duì)列頭取一空閑塊，歸還時(shí)放在列尾。由于內(nèi)存隊(duì)列是系統(tǒng)每個(gè)任務(wù)都會申請和歸還的，設(shè)置了一個(gè)信號量來互斥。為了提高效率，內(nèi)存隊(duì)列采用二級索引內(nèi)存塊的大小經(jīng)過簡單的移位得到一級索引值，一級索引值即為內(nèi)存隊(duì)列的編號。
申請和釋放內(nèi)存算法(1)申請內(nèi)存時(shí)，根據(jù)所需內(nèi)存數(shù)值的移位，得到一級索引值，找到相應(yīng)的POOL及其對應(yīng)的內(nèi)存隊(duì)列，根據(jù)隊(duì)列的頭，將可用數(shù)據(jù)塊的指針值返回給調(diào)用者。如附圖3所示。
(2)歸還內(nèi)存時(shí)，從HEAD找到相應(yīng)的緩沖池POOL及其對應(yīng)的內(nèi)存隊(duì)列，將要釋放的內(nèi)存的指針值放入相應(yīng)內(nèi)存隊(duì)列的尾指針。
內(nèi)存UB的配置表如下/*內(nèi)存UB的配置表*/T_UBCTg_aUBPoolConfigTable[]＝{/*尺寸 總計(jì) 保留*/{0，0， 0}，{1，120， 40}，{4，100， 30}，{8，80， 20}，{16， 50， 10}，{32， 20， 5}，{64， 10， 0}，{0，0， 0}}；綜上所述，UB塊分配算法由于實(shí)際運(yùn)用中首先需要根據(jù)平時(shí)使用量統(tǒng)計(jì)不同大小的固定大小內(nèi)存塊的使用數(shù)量進(jìn)行靜態(tài)配置，所以會出現(xiàn)面對新的上層應(yīng)用的時(shí)候需要重新配置靜態(tài)配置表，這樣就會需要一定的時(shí)間統(tǒng)計(jì)不同大小的內(nèi)存塊的使用量。而且可能由于對不同UB塊數(shù)量需求的變化而修改配置表。另外如果配置的UB塊數(shù)量不能滿足需求會出現(xiàn)內(nèi)存申請失敗的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于現(xiàn)在所用的UB內(nèi)存分配算法的動(dòng)態(tài)分配算法，解決以前算法中必須存在的統(tǒng)計(jì)操作和空間浪費(fèi)的缺點(diǎn)，一定程度上提高了內(nèi)存的利用，而且具有伸縮性，可適應(yīng)不同規(guī)模的嵌入式系統(tǒng)。
本發(fā)明所述的非緩沖內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方法，包括(1)預(yù)先向操作系統(tǒng)申請一塊大的內(nèi)存區(qū)；(2)將申請的內(nèi)存區(qū)設(shè)定為用戶保留區(qū)；(3)設(shè)置64，128，256，512，1024，2048，4096，8192八種UB的描述數(shù)組；(4)當(dāng)程序需要內(nèi)存塊時(shí)，根據(jù)所需的內(nèi)存塊大小首先在此大小UB的描述數(shù)組中查找有沒有已經(jīng)釋放空置出來的UB塊(標(biāo)識為沒有分配)，如果有，則按順序分配給需要的程序；如果沒有，則從內(nèi)存區(qū)中按順序申請內(nèi)存塊，并根據(jù)申請內(nèi)存塊的大小在此大小的UB描述數(shù)組尾部添加，然后分配，同時(shí)修改描述數(shù)組中該塊內(nèi)存標(biāo)識為已經(jīng)分配；(5)當(dāng)釋放內(nèi)存塊的時(shí)候，根據(jù)內(nèi)存塊的大小在UB描述數(shù)組中查找該內(nèi)存塊的位置并釋放，同時(shí)修改描述數(shù)組中該塊內(nèi)存標(biāo)識為沒有分配。
采用本發(fā)明所述的UB的內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，解決了內(nèi)存模塊必須有的靜態(tài)配置問題，同時(shí)解決了當(dāng)靜態(tài)配置數(shù)目不正確而導(dǎo)致的內(nèi)存申請失敗的情況，從而達(dá)到了簡單性、可伸縮性的效果，節(jié)省了嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存管理所需的統(tǒng)計(jì)靜態(tài)配置數(shù)量的問題，降低了配置數(shù)目不正確的風(fēng)險(xiǎn)。


圖1所示是內(nèi)存塊劃分的情況和緩沖池POOL的結(jié)構(gòu)圖；圖2所示是內(nèi)存的操作維護(hù)算法圖；圖3所示是申請內(nèi)存的算法圖；圖4是申請的內(nèi)存區(qū)以及不同大小的UB描述數(shù)組示意圖；圖5是內(nèi)存申請的示意圖；圖6是內(nèi)存釋放的示意圖；圖7是本發(fā)明所述內(nèi)存申請的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖4顯示了預(yù)先向操作系統(tǒng)申請一塊大的內(nèi)存區(qū)1，如圖中灰色所示，并設(shè)置了64，128，256，512，1024，2048，4096，8192八種UB的描述數(shù)組。
當(dāng)需要操作系統(tǒng)分配一塊64字節(jié)的內(nèi)存時(shí)，根據(jù)所需的內(nèi)存塊大小首先在此64字節(jié)UB的描述數(shù)組中查找有沒有已經(jīng)釋放空置出來的UB塊(標(biāo)識為沒有分配)，在圖5，申請的內(nèi)存區(qū)b和c中以小點(diǎn)4和斜杠3表示，在64字節(jié)的描述數(shù)組中以小點(diǎn)4表示，如果有，則按順序分配；如果沒有，則從內(nèi)存區(qū)中按順序申請內(nèi)存塊，圖5申請的內(nèi)存區(qū)d中小點(diǎn)4表示，并根據(jù)申請內(nèi)存塊的大小在此大小的UB描述數(shù)組尾部添加，圖5中64字節(jié)的描述數(shù)組中以豎杠5表示，然后分配，同時(shí)修改描述數(shù)組中該塊內(nèi)存標(biāo)識為已經(jīng)分配。
由圖6所知釋放64字節(jié)內(nèi)存的時(shí)候，在64字節(jié)UB描述數(shù)組中查找該內(nèi)存塊的位置并釋放，同時(shí)修改描述數(shù)組中該塊內(nèi)存標(biāo)識為沒有分配，圖6中用斜杠6來描述釋放后的內(nèi)存塊。
圖7是內(nèi)存申請的流程圖。根據(jù)需要分配的內(nèi)存塊大小到相應(yīng)的描述數(shù)組中查找是否有可分配的內(nèi)存塊，有，就按順序分配內(nèi)存塊；沒有，就在內(nèi)存區(qū)中申請相同大小的一塊內(nèi)存，如果申請不成功，即沒有可給予的內(nèi)存空間，則分配內(nèi)存失?。蝗绻暾埑晒t在此大小的UB描述數(shù)組尾部添加然后分配該內(nèi)存塊。
綜上所述，本發(fā)明采用UB內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配算法較以前的UB算法節(jié)省了嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存管理所需的統(tǒng)計(jì)靜態(tài)配置數(shù)量的問題，降低了配置數(shù)目不正確的風(fēng)險(xiǎn)。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中非緩沖內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方法，包括如下步驟(1)預(yù)先向所述嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)申請一塊大的內(nèi)存區(qū)；(2)將申請的內(nèi)存區(qū)設(shè)定為用戶保留區(qū)；其特征在于，還包括(3)在用戶保留區(qū)中設(shè)置不同內(nèi)存大小的UB描述數(shù)組；(4)需要內(nèi)存塊時(shí)，根據(jù)所需內(nèi)存大小，在相應(yīng)大小的所述UB描述數(shù)組中查找已經(jīng)釋放空置出來、標(biāo)識為沒有分配的非緩沖塊，按順序分配給需要的程序，同時(shí)修改所述非緩沖描述數(shù)組中該塊內(nèi)存標(biāo)識為已經(jīng)分配；(5)釋放內(nèi)存塊時(shí)，根據(jù)內(nèi)存塊的大小，在相應(yīng)大小的所述非緩沖描述數(shù)組中查找該內(nèi)存塊的位置并釋放，同時(shí)修改描述數(shù)組中該內(nèi)存塊標(biāo)識為沒有分配。
2.如權(quán)利要求1所述的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中非緩沖內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方法，其特征在于，步驟(3)所述不同內(nèi)存大小的非緩沖描述數(shù)組可為64，128，256，512，1024，2048，4096，8192八種。
3.如權(quán)利要求1所述的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中非緩沖內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方法，其特征在于，步驟(4)還包括，如果沒有已經(jīng)釋放空置出來的非緩沖塊，則從內(nèi)存區(qū)中按順序申請內(nèi)存塊，并根據(jù)申請內(nèi)存塊的大小在相應(yīng)大小的所述非緩沖描述數(shù)組尾部添加，然后分配，同時(shí)修改所述非緩沖描述數(shù)組中該塊內(nèi)存標(biāo)識為已經(jīng)分配。
4.如權(quán)利要求3所述的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中非緩沖內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方法，其特征在于，內(nèi)存區(qū)中沒有可給予的內(nèi)存空間，分配內(nèi)存失敗。
全文摘要
一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中非緩沖內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方法，包括如下步驟，預(yù)先向操作系統(tǒng)申請一塊大的內(nèi)存區(qū)；將申請的內(nèi)存區(qū)設(shè)定為用戶保留區(qū)；設(shè)置非緩沖描述數(shù)組；在所述非緩沖描述數(shù)組中查找已經(jīng)釋放空置出來、標(biāo)識為沒有分配的非緩沖塊，按順序分配給需要的程序，同時(shí)修改所述非緩沖描述數(shù)組中該塊內(nèi)存標(biāo)識為已經(jīng)分配；在非緩沖描述數(shù)組中查找該內(nèi)存塊的位置并釋放，同時(shí)修改描述數(shù)組中該內(nèi)存塊標(biāo)識為沒有分配。本發(fā)明解決以前算法中必須存在的統(tǒng)計(jì)操作和空間浪費(fèi)的缺點(diǎn)，一定程度上提高了內(nèi)存的利用，而且具有伸縮性，可適應(yīng)不同規(guī)模的嵌入式系統(tǒng)。
文檔編號G06F12/06GK1570883SQ0313207
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月15日
發(fā)明者魯旭, 繆敬, 黃燁明, 蘆東昕 申請人:中興通訊股份有限公司