一個動態(tài)內(nèi)存管理模塊的實現(xiàn)

1、    一個動態(tài)內(nèi)存管理模塊的實現(xiàn)摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設(shè)計和仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte摘要：介紹一個動態(tài)內(nèi)存管理模塊，可以有效地檢測C程序中內(nèi)存泄漏和寫內(nèi)存越界等錯誤，適用于具

2、有標(biāo)準(zhǔn)C語言開發(fā)環(huán)境的各種平臺。關(guān)鍵詞：C語言 動態(tài)內(nèi)存 內(nèi)存泄漏 寫越界引言    當(dāng)前，絕大多數(shù)嵌入式平臺上的軟件都采用C語言編寫。除了代碼簡潔、運行高效之外，靈活操作內(nèi)存的能力更是C語言的重要特色。然而，不恰當(dāng)?shù)膬?nèi)存操作通常也是錯誤的根源之一。如“內(nèi)存泄漏” 不能正確地釋放已分配的動態(tài)內(nèi)存，就是一種非常難于檢測的存錯誤。持續(xù)的內(nèi)存泄漏會使程序性能下降到最終完全不能運行，進而影響到所有其它有動態(tài)內(nèi)存需求的程序，在某些相對簡單的嵌入式平臺上甚至?xí)恋K操作系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。再如“寫內(nèi)存越界”，一種不合法的寫內(nèi)存操作，極可能破壞到本程序中正在使用的其它數(shù)據(jù)，嚴(yán)重的時候還可

3、能對其它正在運行的程序甚至整個系統(tǒng)造成影響。為此，本文介紹一個增強的、可定制的動態(tài)內(nèi)存管理模塊（以下不妨簡稱Fense），在 C語言提供的內(nèi)存分配函數(shù)基礎(chǔ)上，增加了對動態(tài)內(nèi)存的管理功能；能記錄軟件運行過程中出現(xiàn)的內(nèi)存泄漏信息，同時也具一定的監(jiān)測內(nèi)存操作的能力；可以發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)對動態(tài)內(nèi)存的寫越界錯誤。1 Fense的設(shè)計原理    Fense 通過設(shè)立一個雙向鏈表（struct Head *stHead）來保存所有被分配的動態(tài)內(nèi)存塊的信息。鏈表中的每個節(jié)點對應(yīng)一個動態(tài)內(nèi)存塊，節(jié)點中包括此內(nèi)存大小、分配發(fā)生時所在的源文件名和行號以及被釋放的時候，F(xiàn)ense又從st_H

4、ead中刪除之，檢查st_Head中的節(jié)點即可得到未被釋放的本節(jié)點的數(shù)值校驗和等。Fense將每一個分配的動態(tài)內(nèi)存塊插入到鏈表st_Head中；當(dāng)此內(nèi)存放內(nèi)存塊信息。鏈表節(jié)點結(jié)構(gòu)定義如下：struct Headchar file; /分配所在源文件名*/unsigned long line; /*分配所在的行號*/size_t size; /*分配的內(nèi)存大小*/int checksum; /*鏈表節(jié)點校驗和*/struct Head prev,next; /*雙鏈表的前后節(jié)點指針*/；/*全局的雙向鏈表*/struct Head *st_Head=NULL;   

5、 為了檢測寫越界的錯誤，F(xiàn)ense在用戶申請的內(nèi)存前后各增加了一定大小的內(nèi)存作為監(jiān)測區(qū)域，并初始化成預(yù)定值。這樣，當(dāng)程序發(fā)生越界寫操作時，預(yù)定值就會發(fā)生改變，F(xiàn)ense即可檢測到錯誤。    通過Fense分配到的動態(tài)內(nèi)存結(jié)構(gòu)如圖1所示。由此可知，F(xiàn)ense_Malloc(Fense的內(nèi)存分配函數(shù))返回給用戶的指針ptr指向的是用戶申請內(nèi)存區(qū)域的起始位置。鏈表節(jié)點、前/后監(jiān)測區(qū)域均為Fense內(nèi)部使用，是用戶不可見的。2 用戶定制選項Fense有5組宏定義提供給用戶對功能進行定制。各組選項控制意義如下：WARN_ON_ZERO_MALLOC 用戶申請零分配空間時警

6、告信息。FILL_ON_MALLOC 分配時初始化內(nèi)存塊FILL_ON_MALLOC_VAL 分配初始化時的預(yù)設(shè)值FILL_ON_FREE 釋放時填充內(nèi)存塊FILL_ON_FREE_VAL 釋放時填充內(nèi)存塊的預(yù)設(shè)值    以上4個選項的主要功能是初始化剛分配到的內(nèi)存和剛被釋放的內(nèi)存為預(yù)設(shè)值，盡可能地避免出現(xiàn)因使用未初始經(jīng)的內(nèi)存而引發(fā)的錯誤。FENSE_FRONT_SIZE 定義前監(jiān)測區(qū)域大小FENSE_FRONT_VAL 定義前監(jiān)測區(qū)域的預(yù)設(shè)值FENSE_END_SIZE 定義后監(jiān)測區(qū)域大小FENSE_END_VAL 定義后監(jiān)測工域的預(yù)設(shè)值  

7、  在Fense 工作過程中，對內(nèi)存越界寫操作的檢驗是通過比較監(jiān)測區(qū)域的當(dāng)前值與本監(jiān)測區(qū)域的預(yù)設(shè)值來確定的。顯然不能排除這樣一種可能：即發(fā)生在監(jiān)測區(qū)域的越界寫操作寫入的數(shù)值與監(jiān)測區(qū)域的預(yù)設(shè)值恰好相同，此時，F(xiàn)ense無法發(fā)現(xiàn)錯誤的發(fā)生。對于這種情況，用戶可以通過更改監(jiān)測區(qū)域預(yù)設(shè)值（FENSE_FRONT_VAL和FENSE_END_VAL）和監(jiān)測區(qū)域大小（FENSE_FRONT_SIZE和FENSE_END_SIZE）為多組不同的值來反復(fù)測試，這樣就可以大幅度地提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性。VALIDATE_FREEfree是檢查本內(nèi)存塊是否在鏈表中CHECK_ALL_MEMORY_ON_FRE

8、Efree時檢查鏈表中的所有內(nèi)存塊    由于存在這樣一種情況：對內(nèi)存塊A的寫操作出現(xiàn)了越界錯誤，寫到了另一內(nèi)存塊B的區(qū)域內(nèi)。此時，僅僅檢查內(nèi)存塊A的有效性就無法發(fā)現(xiàn)問題，如果同時檢查所有的動態(tài)內(nèi)存塊，則有可能發(fā)現(xiàn)錯誤所在。以上選項即為此而設(shè)。FENSE_LOCK 獲取對鏈表st_Head的操作權(quán)FENSE_UNLOCK 釋放對鏈表st_Head的操作權(quán)    考慮到的在多線程環(huán)境中，可能有多個線程同時用Fense進行內(nèi)存管理，而Fense使用的鏈表st_Head是全局變量，因此提供了以上2個宏來實現(xiàn)對 st_Head的互斥訪問。宏的

9、具體定義依賴于用戶所在的軟件環(huán)境，用戶可自行實現(xiàn)。對于單線程系統(tǒng)，僅需將這2個宏定義為空即可。    為便于使用，F(xiàn)ense的頭文件中還包括了以下定義，使得用戶基本不用改動現(xiàn)有的源代碼就可引入Fense。#define malloc(size) Fense_Malloc(size,_FILE_,_LINE_)#define free(ptr) Fense_Free(ptr,_FILE_,_LINE_)#define realloc(ptr,new_size) Fense_Realloc(ptr,new_size,_FILE_,_LINE_)#define coll

10、oc(num,size) Fense_Calloc(num,size,_FILE_,_LINE_)3 運行時控制    Fense 監(jiān)測內(nèi)存的功能可以在運行動態(tài)地開關(guān)。此功能通過將全局變量st_Disbaled賦值為零或非零來實現(xiàn)。在調(diào)試過程中，可以在調(diào)試器中即時修改 st_Disabled的值來控制Fense的行為，省去了重編譯源代碼的需要。對于那些需要大量編譯時間的大型工程或交叉平臺開發(fā)的軟件項目來說，這是非常有利的。4 Fense的具體實現(xiàn)    Fense 提供Fense_Malloc、Fense_Free、Fense_Rea

11、lloc及Fense_Calloc等內(nèi)存管理函數(shù)，功能和調(diào)用形式與C語言中的malloc、free、realloc和calloc保持一致。限于篇幅，這里僅對Fense_Malloc和Fense_Free的實現(xiàn)過程做一個簡單描述，具體實現(xiàn)請見本刊網(wǎng)絡(luò)補充版。/*內(nèi)存分配函數(shù)*/void *Fense_Malloc(size_t size,char *file,unsigned long line)/檢查Fense的運行時開關(guān)，如果Fense被關(guān)閉，則調(diào)用malloc/分配并返回/檢查是否零分配，如有則提示警告信息后返回0（用戶定制選項）/分配內(nèi)存，包括鏈表節(jié)點區(qū)域和前/后監(jiān)測區(qū)域/初始化鏈表節(jié)點

12、，保存分配內(nèi)存的信息，包括分配的大小、所在文件名和行號/將此節(jié)點插入鏈表st_Head/為本節(jié)點區(qū)域計算校驗和/用預(yù)設(shè)值初始化前/后監(jiān)測區(qū)域/用預(yù)設(shè)值填充用戶內(nèi)存區(qū)域（用戶定制選項）/返回用戶內(nèi)存區(qū)域的起始位置/*內(nèi)存釋放函數(shù)*/void Fense_Free(void *uptr,char *file,unsigned long line)/檢查Fense的運行時開關(guān)，如果Fense初關(guān)閉，則調(diào)用free釋譯并返回/檢查所有Fense管理下的動態(tài)內(nèi)存（用戶定制選項）/判斷當(dāng)前內(nèi)存塊是否在鏈表st_Head中，如果不在則提示/警靠信息，退出（用戶定制選項）/檢查當(dāng)前內(nèi)存塊是否存在越界操作/將當(dāng)前內(nèi)存塊的相應(yīng)的鏈表節(jié)點從st_Head中刪除/重新計算當(dāng)前節(jié)點的前后相鄰節(jié)點的校驗和/用預(yù)設(shè)值填充被釋放的內(nèi)存區(qū)（用戶定制選項）/調(diào)用free釋放當(dāng)前的