灵动微课堂 (第134讲) | 基于MM32 MCU的OS移植与应用——RT-Thread 内存管理

图4 小内存管理算法链表结构示意图
另外，在每次分配内存块前，都会留出 12 字节数据头用于 magic、used 信息及链表节点使用。返回给应用的地址实际上是这块内存块 12 字节以后的地址，前面的 12 字节数据头是用户永远不应该碰的部分（注：12 字节数据头长度会与系统对齐差异而有所不同）。

释放时则是相反的过程，但分配器会查看前后相邻的内存块是否空闲，如果空闲则合并成一个大的空闲内存块。



02
数据结构描述



下面代码是rtthread中对内存块的结构描述：

#define MIN_SIZE 12                   //内存申请分配空间的最小值
#define HEAP_MAGIC 0x1ea0             //变数

struct heap_mem
{
    /* magic and used flag */
    rt_uint16_t magic;
    rt_uint16_t used;
    rt_size_t next, prev;
};


内存分配过程：
设定
空闲链表指针Ifree初始指向32字节的内存块，当用户线程需要分配一个64字节的内存块时，Ifree指针指向的内存块不能满足要求，内存管理器就会继续寻找下一个内存块，当找到时(128字节)，就会进行内存分配，如果内存块比较大，分配器就会把内存块进行拆分，余下的内存(52字节)继续留在Ifree链表中。


注意
在内次分配内存块前，都会留出12字节用于magic、used信息及节点使用，返回给应用的地址实际上是这块内存块 12 字节以后的地址，前面的 12 字节数据头是用户永远不应该碰的部分（注：12 字节数据头长度会与系统对齐差异而有所不同）。

释放
释放内存时，分配器会查看前后相邻的内存是否是空闲，如果空闲，就回合并成一个大的空闲内存块。



03
  函数实现  



我们需要调用的内存堆管理相关的系统函数有5个，如下所示：

//在使用内存分配之前，该函数必须被调用，完成内存堆的初始化。
void rt_system_heap_init(void *begin_addr, void *end_addr)；

参数	描述
begin_addr	堆内存区域起始地址
end_addr	堆内存区域结束地址

//内存分配函数
void *rt_malloc(rt_size_t size)；

参数	描述
nbytes	需要分配的内存块的大小，单位为字节
返回	——
分配的内存块地址	成功
RT_NULL	失败

//在已分配内存块的基础上重新分配内存块的大小（增加或缩小）
void *rt_realloc(void *rmem, rt_size_t newsize);

参数	描述
rmem	指向已分配的内存块
newsize	重新分配的内存大小
返回	——
重新分配的内存块地址	成功

//从内存堆中分配连续内存地址的多个内存块            
void *rt_calloc(rt_size_t count, rt_size_t size)；  

参数	描述
count	内存块数量
size	内存块容量
返回	堆内存区域结束地址
指向第一个内存块地址的指针	成功 ，并且所有分配的内存块都被初始化成零
RT_NULL	分配失败

//内存释放函数
void rt_free(void *rmem)；

参数	描述
ptr	待释放的内存块指针

在分配内存块过程中，用户可设置一个钩子函数，置的钩子函数会在内存分配完成后进行回调。回调时，会把分配到的内存块地址和大小做为入口参数传递进去。RT-Thread提供了分配钩子函数、释放内存等函数接口。

在释放内存中，会有一个内存节点合并功能函数，被rt_free调用，系统编程无需关心。
//内存释放时节点合并
static void plug_holes(struct heap_mem *mem)；


04
代码实现



下面我们来看一下基于MM32L062小内存分配算法代码实现创建一个动态的线程，这个线程会动态申请内存并释放，每次申请更大的内存，当申请不到的时候就结束；
#include

#define THREAD_PRIORITY      25
#define THREAD_STACK_SIZE    512
#define THREAD_TIMESLICE     5

/* 线程入口 */
void thread1_entry(void *parameter)
{
    int i;
    char *ptr = RT_NULL; /* 内存块的指针 */

    for (i = 0; ; i++)
    {
        /* 每次分配 (1 << i) 大小字节数的内存空间 */
        ptr = rt_malloc(1 << i);

        /* 如果分配成功 */
        if (ptr != RT_NULL)
        {
            rt_kprintf("get memory :%d byte
", (1 << i));
            /* 释放内存块 */
            rt_free(ptr);
            rt_kprintf("free memory :%d byte
", (1 << i));
            ptr = RT_NULL;
        }
        else
        {
            rt_kprintf("try to get %d byte memory failed!
", (1 << i));
            return;
        }
    }
}

int dynmem_sample(void)
{
    rt_thread_t tid = RT_NULL;

    /* 创建线程 1 */
    tid = rt_thread_create("thread1",
                           thread1_entry, RT_NULL,
                           THREAD_STACK_SIZE,
                           THREAD_PRIORITY,
                           THREAD_TIMESLICE);
    if (tid != RT_NULL)
        rt_thread_startup(tid);

    return 0;
}
/* 导出到 msh 命令列表中 */
MSH_CMD_EXPORT(dynmem_sample, dynmem sample);




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