一種針對嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存分配方法技術方案

本發(fā)明專利技術提供了一種針對嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存分配方法，在TLSF算法的基礎上進行了改進，加入了內(nèi)存分塊和參數(shù)自適應調(diào)節(jié)，能夠根據(jù)申請大小來自適應調(diào)節(jié)每個內(nèi)存塊的內(nèi)存分配結構，碎片率低。本發(fā)明專利技術在TLSF算法的基礎上進行了改進，加入了內(nèi)存分塊和參數(shù)自適應調(diào)節(jié)，提高了內(nèi)存利用率。其中，將內(nèi)存區(qū)間進行分塊，得到兩個內(nèi)存子區(qū)間，根據(jù)申請大小來自適應調(diào)節(jié)每個內(nèi)存子區(qū)間的內(nèi)存分配結構，從而在保證實時性的同時有效地降低碎片率。

A memory allocation method for embedded system

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種針對嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存分配方法
本專利技術屬于內(nèi)存分配
，具體涉及一種針對嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存分配方法。
技術介紹
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，嵌入式實時操作系統(tǒng)得到越來越廣泛的應用。嵌入式實時操作系統(tǒng)對動態(tài)內(nèi)存分配的實時性、碎片率、可靠性有更高的要求，因此，動態(tài)內(nèi)存分配已成為嵌入式實時操作系統(tǒng)的一個重要研究內(nèi)容。嵌入式實時系統(tǒng)中，內(nèi)存分配具有重要的意義，它是操作系統(tǒng)的一個重要模塊，包括內(nèi)存的分配和釋放。內(nèi)存分配的好壞直接關系著嵌入式系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。從時間分配上，內(nèi)存分配的分配策略可分為靜態(tài)內(nèi)存分配和動態(tài)內(nèi)存分配。動態(tài)內(nèi)存分配中存儲空間是按需分配，并且被釋放的內(nèi)存塊可以再次參與分配，因此動態(tài)內(nèi)存分配內(nèi)存資源利用率比靜態(tài)內(nèi)存分配高。靜態(tài)內(nèi)存分配是在棧上進行的，在棧上進行大量靜態(tài)分配是很危險的，若棧溢出時，多出的數(shù)據(jù)會覆蓋掉相鄰堆棧的數(shù)據(jù)，甚至會破壞內(nèi)核造成系統(tǒng)崩潰。動態(tài)分配可避免這一狀況，大塊內(nèi)存的分配必須采取動態(tài)內(nèi)存分配。因此，為了實時嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中更好的使用動態(tài)內(nèi)存分配策略，越來越多的研究人員開始關注內(nèi)存分配的實時性及內(nèi)存碎片問題。頻繁的動態(tài)內(nèi)存分配操作會產(chǎn)生大量內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，影響系統(tǒng)性能，所以在不同的系統(tǒng)中，對于內(nèi)存分配管理，開發(fā)了許多不同的內(nèi)存分配算法，典型的實時系統(tǒng)動態(tài)內(nèi)存分配算法有順序查找算法、伙伴算法、Half-Fit算法、位示圖算法以及TLSF算法。從實時性、內(nèi)存碎片率這兩方面考慮，TLSF(Two-levelSegregatedFit)算法是最合適的動態(tài)內(nèi)存分配算法。TLSF(Two-levelSegregatedFit)算法即二級間隔表動態(tài)內(nèi)存分配算法。算法通過二級索引將空閑內(nèi)存塊組織起來。第1級索引按2的冪次將內(nèi)存分為多個區(qū)域；第2級索引在第1級索引劃分的內(nèi)存區(qū)域里再進行線性分割。第2級索引的每一位都對應一條空閑內(nèi)存鏈表。為了提高實時性，TLSF通過雙擊位圖快速索引到大小合適的空閑內(nèi)存塊。為了減少內(nèi)存碎片，TLSF算法在內(nèi)存分配和釋放時采用了切割和合并技術，當算法返回的空閑內(nèi)存大小大于所請求的空閑內(nèi)存大小時，將空閑內(nèi)存塊切割為兩部分，一部分用于分配，另一部分作為新的空閑塊插入到空閑鏈表中；在內(nèi)存釋放時，判斷相鄰物理空間上的內(nèi)存塊是否空閑塊，若都為空閑內(nèi)存塊，則兩個空閑塊合并成一個更大的空閑塊。TLSF算法的切割與合并策略降低了內(nèi)存碎片率。TLSF(Two-levelSegregatedFit)是一種二級隔離適應算法，使用位圖(Bitmaps)與分組空閑鏈表(SegregatedList)相結合的方式對內(nèi)存進行管理。通過兩級隔離鏈表組織空閑隊列，并且對于每一級鏈表都使用位圖法標記其是否含有空閑塊。第一級鏈表按照2的冪次方劃分，第二級鏈表在由第一級鏈表劃分的范圍之內(nèi)進行再次劃分，第二級鏈表的每一級別都對應一條空閑鏈表。查找時，先根據(jù)請求的內(nèi)存大小計算出最合適的一級，二級鏈表的索引值，直接查看對應的位圖標記，如果標記該級鏈表上有空閑塊，則直接從該級鏈表上??；如果由計算所得的兩級索引值指定的鏈表上沒有空閑塊，則需要進行二次查找，通過位操作查找操作，尋找大于當前請求的最小大小空閑鏈表進行分配。在分配和釋放過程中，需要適當?shù)恼{(diào)整位圖和鏈表管理信息。TLSF算法實現(xiàn)過程中的三個參數(shù)(MAX_FLI、MAX_SLI、MBS)：(1)一級索引MAX_FLI(不超過32)：該索引標識一級鏈表長度，內(nèi)存區(qū)共被劃分成REAL_FLI(MAX_FLI-FLI_OFFSET)個大的內(nèi)存塊區(qū)間，一級索引值為fl的內(nèi)存區(qū)間為[2fl,2fl+1)。參數(shù)FLI_OFFSET定義了最小一級索引的內(nèi)存大小[0,2FLI_OFFSET+1)，低于此內(nèi)存的所用內(nèi)存塊在此區(qū)間分配。(2)二級索引MAX_SLI(不超過5)：MAX_SLI等于2的MAX_LOG2_SLI次方(MAX_LOG2_SLI為程序中計算方便定義的)，二級索引將一級索引劃分的內(nèi)存區(qū)域按照線性再次劃分。MAX_SLI的值可人為設定，若MAX_SLI＝3，則一級索引劃分的內(nèi)存區(qū)被平均劃分成8段。MAX_SLI的值越大，則將內(nèi)存區(qū)劃分得越細，但一般而言，MAX_SLI不超過5。若MAX_SLI的值超過5，則2的MAX_SLI次冪超過32，無法用位圖表示。(3)最小塊大小MBS(MBS＝2FLI_OFFSET+1)：這個參數(shù)是定義最小塊的大小，最小塊的大小一般定義為16Bytes，塊大小也可根據(jù)用戶的實際需求而更改。當MAX_FLI＝31、MAX_SLI＝3、MBS＝32時，TLSF數(shù)據(jù)結構如圖1所示。其中，fl為一級索引值，s1為二級索引值。FL_Bitmap和SL_Bitmap表示位圖。該結構圖中的每一個方框為一條空閑鏈表，每條鏈表可鏈接多個空閑內(nèi)存塊，如104這個鏈表存儲空閑內(nèi)存大小為104～111之間的所有空閑內(nèi)存塊地址。TLSF算法的過程理論上為：初始化內(nèi)存函數(shù)init_memory_pool初始整個內(nèi)存池，并將總的空閑內(nèi)存塊存入二級鏈表中，即init_memory_pool之前，該內(nèi)存分配結構全空，沒有可用空閑內(nèi)存，init_memory_pool之后，在該結構中插入一個最大的可用空閑內(nèi)存，后面的申請過程中，將該大內(nèi)存塊不斷切割，插入鏈表中相應位置。TLSF算法結構圖如圖1所示。利用下述公式(1)確定所申請空閑內(nèi)存處于的鏈表位置：TLSF算法雖實時性好、內(nèi)存碎片率相對較小，但其三個參數(shù)(MAX_FLI、MAX_SLI、MBS)一旦設定好，其算法數(shù)據(jù)結構就固定不變了，無法根據(jù)實際的任務申請內(nèi)存大小情況做出調(diào)節(jié)，從而造成了一定了內(nèi)存碎片和實時性的降低。例如當某個任務需要申請一系列小內(nèi)存時，若TLSF算法MAX_SLI設置較小(即劃分不夠精細)，就會造成很多的內(nèi)存碎片，碎片率會很高。
技術實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術提供了一種針對嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存分配方法，在TLSF算法的基礎上進行了改進，加入了內(nèi)存分塊和參數(shù)自適應調(diào)節(jié)，能夠根據(jù)申請大小來自適應調(diào)節(jié)每個內(nèi)存塊的內(nèi)存分配結構，碎片率低。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術的一種針對嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存分配方法，包括如下步驟：首先進行內(nèi)存區(qū)間初始化：將整個內(nèi)存區(qū)間平均分為兩塊子區(qū)間，對每塊內(nèi)存子區(qū)間的MAX_FLI、MAX_SLI以及MBS參數(shù)值進行初始化；然后開始在第一塊內(nèi)存子區(qū)間內(nèi)進行內(nèi)存分配，并記錄每次內(nèi)存分配大?。划?shù)谝粔K內(nèi)存子區(qū)間分配完畢后，根據(jù)記錄的第一塊內(nèi)存子區(qū)間每次內(nèi)存分配大小，計算出即將到來的內(nèi)存分配大小預測值，根據(jù)預測值調(diào)節(jié)第二塊內(nèi)存子區(qū)間的MAX_SLI以及MBS參數(shù)值，并開始在第二塊內(nèi)存子區(qū)間中進行分配；當?shù)诙K內(nèi)存子區(qū)間分配完畢后，若第一塊內(nèi)存子區(qū)間全部釋放完畢，則根據(jù)記錄的第二塊內(nèi)存子區(qū)間每次內(nèi)存分配大小，計算出即將到來的內(nèi)存分配大小預測值，根據(jù)當前預測值調(diào)節(jié)第一塊內(nèi)存子區(qū)間的MAX_SLI以及MBS參數(shù)值，開始在第一塊內(nèi)存子區(qū)間中進行分配；若第一塊內(nèi)存本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
1.一種針對嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存分配方法，其特征在于，包括如下步驟：/n首先進行內(nèi)存區(qū)間初始化：將整個內(nèi)存區(qū)間平均分為兩塊子區(qū)間，對每塊內(nèi)存子區(qū)間的MAX_FLI、MAX_SLI以及MBS參數(shù)值進行初始化；/n然后開始在第一塊內(nèi)存子區(qū)間內(nèi)進行內(nèi)存分配，并記錄每次內(nèi)存分配大?。?n當?shù)谝粔K內(nèi)存子區(qū)間分配完畢后，根據(jù)記錄的第一塊內(nèi)存子區(qū)間每次內(nèi)存分配大小，計算出即將到來的內(nèi)存分配大小預測值，根據(jù)預測值調(diào)節(jié)第二塊內(nèi)存子區(qū)間的MAX_SLI以及MBS參數(shù)值，并開始在第二塊內(nèi)存子區(qū)間中進行分配；/n當?shù)诙K內(nèi)存子區(qū)間分配完畢后，若第一塊內(nèi)存子區(qū)間全部釋放完畢，則根據(jù)記錄的第二塊內(nèi)存子區(qū)間每次內(nèi)存分配大小，計算出即將到來的內(nèi)存分配大小預測值，根據(jù)當前預測值調(diào)節(jié)第一塊內(nèi)存子區(qū)間的MAX_SLI以及MBS參數(shù)值，開始在第一塊內(nèi)存子區(qū)間中進行分配；若第一塊內(nèi)存子區(qū)間沒有完全釋放完畢，則不作調(diào)節(jié)，直接開始在第一塊內(nèi)存子區(qū)間中進行分配。/n

【技術特征摘要】
1.一種針對嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存分配方法，其特征在于，包括如下步驟：
首先進行內(nèi)存區(qū)間初始化：將整個內(nèi)存區(qū)間平均分為兩塊子區(qū)間，對每塊內(nèi)存子區(qū)間的MAX_FLI、MAX_SLI以及MBS參數(shù)值進行初始化；
然后開始在第一塊內(nèi)存子區(qū)間內(nèi)進行內(nèi)存分配，并記錄每次內(nèi)存分配大??；
當?shù)谝粔K內(nèi)存子區(qū)間分配完畢后，根據(jù)記錄的第一塊內(nèi)存子區(qū)間每次內(nèi)存分配大小，計算出即將到來的內(nèi)存分配大小預測值，根據(jù)預測值調(diào)節(jié)第二塊內(nèi)存子區(qū)間的MAX_SLI以及MBS參數(shù)值，并開始在第二塊內(nèi)存子區(qū)間中進行分配；
當?shù)诙K內(nèi)存子區(qū)間分配完畢后，若第一塊內(nèi)存子區(qū)間全部釋放完畢，則根據(jù)記錄的第二塊內(nèi)存子區(qū)間每次內(nèi)存分配大小，計算出即將到來的內(nèi)存分配大小預測值，根據(jù)當前預測值調(diào)節(jié)第一塊內(nèi)存子區(qū)間的MAX_SLI以及MBS參數(shù)值，開始在第一塊內(nèi)存子區(qū)間中進行分配；若第一塊內(nèi)存子區(qū)間沒有完全釋放完畢，則不作調(diào)節(jié)，直接開始在第一塊內(nèi)存子區(qū)間中進行分配。


2.如權利要求1所述的針對嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存分配方法，其特征在于，采用加權移動平均濾波法計算出即將到來的分配內(nèi)存大小預測...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：高明晉，姚亞芬，周一青，石晶林，
申請(專利權)人：中科晶上蘇州信息技術有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32