嵌入式系统内存管理方案研究

创建Region分区时，RTEMS根据分区大小和页小建立分区的控制结构和段的控制结构。在创建之初，只有一个空闲段，其大小为分区的大小减去控制结构的内存开销。随着应用申请、释放段的操作不断进行，分区中形成用双向链表链接起来的空闲段链。当从分区中分配段时，依据首次适应算法（即第一个满足要求的空闲段就作为分配结果）查看空闲段链中是否存在合适的段。当把段释放回分区时，该段被挂在空闲段链的链尾，并且如果空闲段链中有与此段相邻的段，则将其合并成一个更大的空闲段。RTEMS在段的控制块中设置一个标志位表示其被使用的情况。标志位为1表示该段正被使用，标志位为0表示该段空闲。图3是一个分区中具有两个空闲段和一个正被使用的段的示例。

空闲段和已经使用段的控制结构有所不同，如图4所示。

RTEMS的分区管理机制提供以下API：

rtems_region_create 创建一个分区

rtems_region_ident 获得分区的标识

rtems_region_delete 删除一个分区

rtems_region_extend 扩展一个分区

rtems_region_get_segment 申请一个段

rtems_region_return_segment 释放一个段

RTEMS的可变长度分区管

理算法有以下特色：

①系统创建的分区数目可在运行时动态增加；

②段的控制结构在该段被分配出去后会减小，而在回收到控制快会自动恢复大小。这一点使得分区管理的系统开销降低到最小；

③时应用程序发现一个分区的内存空间不够使用时，可以调用retms_region_extend函数(API)扩展该分区的大小。

④当程序要求从某个分区获取分段而未成功时，可以立即返回，也可以采取多种等待策略。等待策略包括优先级等待、FIFO等待。在FIFO等待策略中又可分为有限等待和无限等待。

在动态可变长度内存管理的基础上，RTEMS还提供了Malloc/free等标准的C函数。在使用Malloc/free等函数时应注意以下几个方面的限制：

①因为内存分区是一种临界资源，由信号量保护，使用Malloc会导致当前调用挂起，因此它不能用于中断服务程序。

②因为进行内存分配需要执行查找算法，其执行时间与系统当前的内存使用情况相关，具有不确定性，因此对于有规定时限的操作是不适宜的。

③由于采用简单的首次适应算法，容易导致系统中存在大量的内存碎片，降低内存使用效率和系统性能。

4 结论

为了使嵌入式系统能够在不同的平台上进行移植，使之使用与各种应用环境，嵌入式系统内存管理方案在充分考虑实时性、可靠性和高效性的基础上，应该提供比较丰富的管理机制。本文分析了嵌入式系统中内存管理的要求、存在的问题，介绍了静态和动态两种分配策略；以开源的RTEMS系统为例，介绍了嵌入式系统中常用的内存管理方法，并对各种方法的特点进行了阐述，在实际应用时，可根据需求作出相应的选择。

《嵌入式系统内存管理方案研究(第3页)》