μCOS原理與實(shí)踐6

1、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OSC/OS原理與實(shí)踐原理與實(shí)踐第6章 內(nèi)存管理 6.1 內(nèi)存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 6.1.1內(nèi)存控制塊 6.1.2 內(nèi)存控制塊實(shí)體 6.1.3 空閑內(nèi)存控制塊鏈表 6.1.4 內(nèi)存分區(qū) 6.2 內(nèi)存控制塊初始化 6.3 創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū) 6.4內(nèi)存分區(qū)獲取 6.5內(nèi)存分區(qū)釋放 6.6查詢內(nèi)存分區(qū)的狀態(tài) 6.7內(nèi)存管理實(shí)例 習(xí)題 嵌入式系統(tǒng)中，內(nèi)存資源是十分寶貴的，如果采用內(nèi)存分區(qū)方式不合理，經(jīng)過一段時(shí)間的內(nèi)存分配和釋放、再發(fā)配和再釋放，會(huì)產(chǎn)生很多零散的內(nèi)存碎塊。這些零散的空間很難利用，因此怎樣解決內(nèi)存分配過程中產(chǎn)生的碎塊問題是內(nèi)存管理的關(guān)鍵問題。 C/OS-II中

2、，采用分區(qū)的方式管理內(nèi)存，即將連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)來管理，每個(gè)系統(tǒng)中有數(shù)個(gè)這樣的分區(qū)，每個(gè)分區(qū)又包含數(shù)個(gè)小相同的內(nèi)存塊。這樣，在分配內(nèi)存的時(shí)候，根據(jù)需要從不同的分區(qū)中得到數(shù)個(gè)內(nèi)存塊，而在釋放時(shí)，這些內(nèi)存塊重新釋放回他們?cè)瓉硭诘姆謪^(qū)。這樣就不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存越分越凌亂，沒有整塊的連續(xù)分區(qū)的問題了。 6.1 內(nèi)存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)6.1.1內(nèi)存控制塊內(nèi)存控制塊6.1.2 內(nèi)存控制塊實(shí)體內(nèi)存控制塊實(shí)體OS_MEM OSMemTblOS_MAX_MEM_PART;6.1.3 空閑內(nèi)存控制塊鏈表空閑內(nèi)存控制塊鏈表OS_MEM *OSMemFreeList;6.1.4 內(nèi)存分區(qū)內(nèi)存分區(qū)內(nèi)存分區(qū)與消息

3、隊(duì)列在一點(diǎn)上相似，就是必須由用戶任務(wù)來創(chuàng)建。其實(shí)定義一個(gè)內(nèi)存分區(qū)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的一件事情，其實(shí)就是一個(gè)二維數(shù)組。如：INT32U MemBuf1020MemBuf就可以是一個(gè)內(nèi)存分區(qū)，該分區(qū)共有800個(gè)字節(jié)，分為10個(gè)內(nèi)存塊。使用MCB可以將該分區(qū)管理起來，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分配和釋放 6.2 內(nèi)存控制塊初始化內(nèi)存控制塊初始化OS_MemClr為了解析OS_MemInit函數(shù)，我們先需要了解一個(gè)內(nèi)存清零函數(shù)OS_MemClr，該函數(shù)用于對(duì)指定內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行清零操作。OS_MemClr最大只容許清除內(nèi)存中64K字節(jié)的數(shù)據(jù)。用戶不必?fù)?dān)心產(chǎn)生清除數(shù)據(jù)量不滿足要求的問題，因?yàn)檫@個(gè)功能的應(yīng)用沒有一個(gè)能接近這個(gè)限制。

4、這個(gè)功能在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)只清除1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這是為了在任何處理器上移植該程序時(shí)都能對(duì)準(zhǔn)內(nèi)存位置。當(dāng)然，如果確定了處理器類型，可以修改該函數(shù)，以提高代碼效率。OS_MemClr兩個(gè)參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)是指向8位無符號(hào)整數(shù)的指針pdest，表示將要被清零的內(nèi)存的起始地址。第二個(gè)參數(shù)是16位的整型size，表示需要清零的內(nèi)存大小。OS_MemClr這個(gè)函數(shù)很簡(jiǎn)單，將從pdest開始一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的將內(nèi)存中的內(nèi)容清0，直到清0了size個(gè)字節(jié)為止。表6.3內(nèi)存清零函數(shù)OS_MemClr解析 6.2 內(nèi)存控制塊初始化內(nèi)存控制塊初始化表6.4內(nèi)存初始化函數(shù)OS_MemInit()解析 可見OS_MemInit

5、，對(duì)內(nèi)存控制塊MCB進(jìn)行了初始化，構(gòu)建了空閑MCB鏈表。但并未執(zhí)行創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)及分配內(nèi)存的操作。6.3 創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)內(nèi)存分區(qū)在操作系統(tǒng)初始化的時(shí)候并不存在。在使用一個(gè)內(nèi)存分區(qū)之前，必須先定義一個(gè)二維數(shù)組，但這個(gè)二維數(shù)組仍未成為內(nèi)存分區(qū)。通過調(diào)用函數(shù)OSMemCreate，使用一個(gè)MCB對(duì)其進(jìn)行管理，才成為一個(gè)內(nèi)存分區(qū)。OSMemCreate返回一個(gè)指向內(nèi)存控制塊的指針，供內(nèi)存管理的其他操作函數(shù)調(diào)用。OSMemCreate有四個(gè)參數(shù)。第一個(gè)參數(shù)是addr，就是內(nèi)存分區(qū)的首地址，即從哪里開始創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)，應(yīng)是作為分區(qū)的二維數(shù)組的首地址。第二個(gè)參數(shù)是nblks,表示需要?jiǎng)?chuàng)建的內(nèi)存分區(qū)中內(nèi)

6、存塊的總數(shù)。第三個(gè)參數(shù)是INT32U blksize，表示每一個(gè)內(nèi)存塊的大小，第四個(gè)參數(shù)是指向整數(shù)的指針perr，用來返回函數(shù)運(yùn)行過程中的信息。表6.5創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)函數(shù)OSMemCreate()解析首先，當(dāng)操作系統(tǒng)需要?jiǎng)?chuàng)建內(nèi)存分區(qū)時(shí)，調(diào)用OSMemCreate()函數(shù)，并通過參數(shù)傳遞需要建立內(nèi)存分區(qū)的屬性，包括：內(nèi)存分區(qū)的首地址，內(nèi)存分區(qū)中內(nèi)存塊的數(shù)量，內(nèi)存分區(qū)中內(nèi)存塊的大小，以及返回信息代碼的地址。然后，檢查判斷是否執(zhí)行函數(shù)參數(shù)檢查，以保證內(nèi)存分區(qū)的創(chuàng)建成功。如果執(zhí)行函數(shù)參數(shù)檢查，則判斷：內(nèi)存分區(qū)地址是否有效，內(nèi)存分區(qū)地址大小是否一致，內(nèi)存分區(qū)是否至少含有兩個(gè)內(nèi)存塊，每個(gè)內(nèi)存塊是否起碼可以容

7、納一個(gè)指針。最后，執(zhí)行創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)的算法，創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存分區(qū)，并返回內(nèi)存控制塊的地址，供系統(tǒng)調(diào)用。內(nèi)存分區(qū)創(chuàng)建的算法是：將內(nèi)存分區(qū)首地址加內(nèi)存塊大小得到下一個(gè)內(nèi)存塊地址，然后再加內(nèi)存塊大小得到下一個(gè)內(nèi)存塊地址，如此循環(huán)（內(nèi)存塊數(shù)量-1）次，直至最后一個(gè)內(nèi)存塊創(chuàng)建完成。在其過程中，通過指針建立內(nèi)存塊的鏈接表，并將最后一個(gè)內(nèi)存控制塊內(nèi)的指針指向空地址。 6.4內(nèi)存分區(qū)獲取內(nèi)存分區(qū)獲取創(chuàng)建之后，形成了一個(gè)空閑內(nèi)存塊鏈表，而給鏈表由內(nèi)存控制塊MCB來管理?，F(xiàn)在就可以申請(qǐng)內(nèi)存分區(qū)了，內(nèi)存分區(qū)獲取函數(shù)是OSMemGet。應(yīng)用程序需要從已建立的內(nèi)存分區(qū)中申請(qǐng)一個(gè)內(nèi)存塊時(shí)，可以調(diào)用OSMemGet函數(shù)。該函數(shù)有

8、兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)為pmem，也就是前節(jié)創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)函數(shù)所返回的內(nèi)存控制塊的指針。另一個(gè)參數(shù)為perr，用于返回函數(shù)執(zhí)行的信心。表6.6分配一個(gè)內(nèi)存塊OSMemGet()解析1首先進(jìn)行參數(shù)檢查，查看QCB指針是否有效。2判斷是否有空閑的內(nèi)存塊，如果沒有就設(shè)置perr為OS_ERR_MEM_NO_FREE_BLKS，然后返回空指針。3從鏈表中摘下表頭，返回取下的內(nèi)存塊的地址。這樣就申請(qǐng)到了內(nèi)存塊。 6.5內(nèi)存分區(qū)釋放內(nèi)存分區(qū)釋放內(nèi)存分區(qū)的釋放，就是將內(nèi)存塊歸還給空閑內(nèi)存塊鏈表，也可以理解為歸還給內(nèi)存分區(qū)。內(nèi)存分區(qū)釋放函數(shù)是OSMemPut。內(nèi)存分區(qū)釋放函數(shù)是OSMemPut有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是內(nèi)

9、存控制塊MCB的地址，一個(gè)是將釋放的內(nèi)存塊的地址。OSMemPut返回整數(shù)型的操作過程的信息號(hào)。表6.7釋放一個(gè)內(nèi)存塊OSMemPut解析1.首先進(jìn)行參數(shù)檢查，查看QCB指針是否有效,內(nèi)存塊指針是否有效。2.檢查內(nèi)存塊是不是滿的，判斷條件是是否空閑的塊數(shù)大于等于最大塊數(shù)。如果是滿的不能釋放。這種情況一定是異常引起的。 3.將釋放的塊歸還給空閑內(nèi)存塊鏈表，插入到表頭然后返回。從本節(jié)的OSMemPut和上節(jié)OSMemGet,很明顯，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配，并且一次分配和釋放最小是一個(gè)內(nèi)存塊，保證了內(nèi)存中不會(huì)存在很多小的碎片。6.6查詢內(nèi)存分區(qū)的狀態(tài)查詢內(nèi)存分區(qū)的狀態(tài)表6.9 查詢內(nèi)存分區(qū)狀態(tài)函數(shù)OS

10、MemQuery()解析6.7內(nèi)存管理實(shí)例內(nèi)存管理實(shí)例內(nèi)存管理的核心是內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配和釋放。本例程將首先創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存分區(qū)，然后向請(qǐng)求內(nèi)存分區(qū)和釋放內(nèi)存分區(qū)。 表6.10 內(nèi)存分區(qū)管理例程該例程的流程為：1.創(chuàng)建分區(qū)，如果創(chuàng)建失敗則給出出錯(cuò)信息，刪除本任務(wù)。如果創(chuàng)建成功給出成功的提示。2.進(jìn)入主循環(huán)。本任務(wù)是一個(gè)無限循環(huán)結(jié)構(gòu)。每6次循環(huán)將require的值取邏輯反，這樣6次請(qǐng)求后6次釋放。3.根據(jù)require的值進(jìn)行請(qǐng)求或釋放，根據(jù)返回的結(jié)果信息給出提示。4.調(diào)用OSMemQuery提取分區(qū)信息，打印出來。繼續(xù)循環(huán)。習(xí)題習(xí)題1. 論述論述C/OS-II的內(nèi)存管理機(jī)制。的內(nèi)存管理機(jī)制。2.請(qǐng)說明

11、內(nèi)存分區(qū)的內(nèi)存控制塊請(qǐng)說明內(nèi)存分區(qū)的內(nèi)存控制塊MCB的關(guān)系。的關(guān)系。3. 內(nèi)存管理使用循環(huán)隊(duì)列管理內(nèi)存塊，請(qǐng)說明使用循環(huán)隊(duì)列管理內(nèi)存塊的優(yōu)內(nèi)存管理使用循環(huán)隊(duì)列管理內(nèi)存塊，請(qǐng)說明使用循環(huán)隊(duì)列管理內(nèi)存塊的優(yōu)點(diǎn)。點(diǎn)。4. MCB空閑鏈表是在空閑鏈表是在C/OS-II的什么函數(shù)中生成的，畫出該函數(shù)的流程。的什么函數(shù)中生成的，畫出該函數(shù)的流程。5. OSMemCreate創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)，請(qǐng)問創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)的過程中有沒有生成新創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)，請(qǐng)問創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)的過程中有沒有生成新的內(nèi)存空間？為什么？的內(nèi)存空間？為什么？ 畫出創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)的流程。畫出創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)的流程。6.如何獲得一個(gè)內(nèi)存分區(qū)，在什么情況下不能獲得內(nèi)存分區(qū)，如何判斷？如何獲得一個(gè)內(nèi)存分區(qū)，在什么情況下不能獲得內(nèi)存分區(qū)，如何判斷？7. 為什么要釋放內(nèi)存分區(qū)？如何釋放一個(gè)內(nèi)存分區(qū)，在什么情況下不能釋放為什么要釋放內(nèi)存分區(qū)？如何釋放一個(gè)內(nèi)存分區(qū)，在什么情況下不能釋放內(nèi)存分區(qū)，如何判斷？?jī)?nèi)存分區(qū)，如何判斷？8. 編寫任務(wù)，任務(wù)編寫任務(wù)，任務(wù)