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        UC/OS-II的內存管理OSMemCreate()分析

        作者:龔平   來源:本站原創   點擊數:  更新時間:2014年03月14日   【字體:
        我們在寫應用程序的過程中通常都是采用一個malloc/free系列函數進行內存的管理,這樣分配的內存空間是從應用程序的?臻g分配處理,一般而言我們在寫程序的過程中要對內存空間進行適時的釋放,才不至于導致?臻g的不足,當然這樣也會導致內存垃圾的產生,因為不同大小的內存分配因為對齊等原因導致很多的內存不能再使用,進而使得系統的可用內存越來越小,因此在實時操作系統中通常都需要創建自己的內存管理操作。
        uc/os-II中的內存管理主要是采用內存分區控制塊實現的,具體的實現過程如下:

         

            /*
                關于內存控制塊的結構體,
                用來跟蹤每一個內存分區
                每一個分區可以分成很多個小的內存塊
                每一個內存塊的大小都是相同的
            */
            #if (OS_MEM_EN > 0) && (OS_MAX_MEM_PART > 0)
            typedef struct { /* MEMORY CONTROL BLOCK */
                /*內存的起始地址*/
                void *OSMemAddr; /* Pointer to beginning of memory partition */
                /*
                    鏈表指針,
                    能夠快速的實現內存的控制
                */
                void *OSMemFreeList; /* Pointer to list of free memory blocks */
                /*每一個內存塊的大小*/
                INT32U OSMemBlkSize; /* Size (in bytes) of each block of memory */
                /*存在的內存塊數量*/
                INT32U OSMemNBlks; /* Total number of blocks in this partition */
                /*空閑的內存空間*/
                INT32U OSMemNFree; /* Number of memory blocks remaining in this partition */
            } OS_MEM;

        基本的實現思想就是將內存分區分解成很多的大小相同的內存塊,然后OSMemFreeList將所有的內存塊鏈接起來,但是此處的鏈接與我們常用的鏈表存在一定的差別,這也是內存管理中常用的技巧之一,即在當前塊的起始地址處存放下一個內存塊的地址,這樣就能比較快速的實現內存的管理。在uc/os-II的內存管理代碼的OS_MEM  *OSMemCreate (void *addr, INT32U nblks, INT32U blksize, INT8U *err)函數中存在一些代碼難點。特別是強制類型轉換的使用,在uc/os-II中我們看見了大量的強制類型轉換問題,下面就做一下簡要的分析:

         

            OS_MEM *OSMemCreate (void *addr, INT32U nblks, INT32U blksize, INT8U *err)
            {
            #if OS_CRITICAL_METHOD == 3 /* Allocate storage for CPU status register */
                OS_CPU_SR cpu_sr;
            #endif
                OS_MEM *pmem;
                INT8U *pblk;
                void **plink;
                INT32U i;

            /*檢測參數的正確性*/
            #if OS_ARG_CHK_EN > 0
                if (addr == (void *)0) { /* Must pass a valid address for the memory part. */
                    *err = OS_MEM_INVALID_ADDR;
                    return ((OS_MEM *)0);
                }
                if (nblks < 2) { /* Must have at least 2 blocks per partition */
                    *err = OS_MEM_INVALID_BLKS;
                    return ((OS_MEM *)0);
                }
                if (blksize < sizeof(void *)) { /* Must contain space for at least a pointer */
                    *err = OS_MEM_INVALID_SIZE;
                    return ((OS_MEM *)0);
                }
            #endif
               
                OS_ENTER_CRITICAL();
                /*得到空閑的內存控制塊*/
                pmem = OSMemFreeList;                              /* Get next free memory partition */
                /*更新內存控制塊鏈表*/
                if (OSMemFreeList != (OS_MEM *)0) { /* See if pool of free partitions was empty */
                    OSMemFreeList = (OS_MEM *)OSMemFreeList->OSMemFreeList;
                }
                OS_EXIT_CRITICAL();
                if (pmem == (OS_MEM *)0) { /* See if we have a memory partition */
                    *err = OS_MEM_INVALID_PART;
                    return ((OS_MEM *)0);
                }
                /*
                    將一個分區的各個內存小塊鏈接起來,
                    形成一個鏈表
                */
                plink = (void **)addr; /* Create linked list of free memory blocks */
                /*得到一個固定的*/
                pblk = (INT8U *)addr + blksize;
                for (i = 0; i < (nblks - 1); i++) {
                    /*在當前的地址處保存下一個內存塊的地址*/
                    *plink = (void *)pblk;
                    /*將指針指向下一個內存塊*/
                    plink = (void **)pblk;
                    /*得到第三個內存塊的地址*/
                    pblk = pblk + blksize;
                }
                /*
                    將最后一個內存塊的下一個地址設置為NULL;
                */
                *plink = (void *)0; /* Last memory block points to NULL */
                /*得到內存分區的起始地址*/
                pmem->OSMemAddr = addr; /* Store start address of memory partition */
                /*
                    將內存塊的鏈表頭指向當前地址
                    通過鏈表能夠快速的找到下一個內存塊的地址
                    只需要對鏈表取地址,
                    然后將指針指向該地址就能實現快速的切換
                */
                pmem->OSMemFreeList = addr; /* Initialize pointer to pool of free blocks */
                /*空閑的內存塊*/
                pmem->OSMemNFree = nblks; /* Store number of free blocks in MCB */
                /*內存的總塊數*/
                pmem->OSMemNBlks = nblks;
                /*內存塊的大小*/
                pmem->OSMemBlkSize = blksize; /* Store block size of each memory blocks */
                *err = OS_NO_ERR;
                return (pmem);
            }

        上面的代碼大致的意思就是完成內存塊的鏈接以及內存分區控制單元的初始化操作,但是有幾句代碼存在一定的理解難度。

         

            plink = (void **)addr; /* Create linked list of free memory blocks */
                pblk = (INT8U *)addr + blksize;
                for (i = 0; i < (nblks - 1); i++) {
                    *plink = (void *)pblk;
                    plink = (void **)pblk;
                    pblk = pblk + blksize;
                }
                *plink = (void *)0; /* Last memory block points to NULL */

        下面幾句代碼中存在大量的強制類型轉換,我們一句一句的分析,plink = (void **)addr的意思是將傳遞進來的地址強制轉換,原因是因為plink是一個存儲在函數棧中的變量,它指向了addr指向的地址,而該地址處將來存儲的也是一個地址,因此可以看做二維指針,而addr只是一維指針,因此需要強制類型轉換為二維指針。

        引用:在聲明的時候,plink是二維指針,在這里將addr強制的轉換成二維指針再賦值給plink的原因是:讓addr以前指向的內容讓編譯器解釋成地址,也就是一個指針,如果不做這個強制轉換,以前addr指向的內容就不是一個地址,也就是不是指針,在這個函數當中,我們想把addr指向的二維數組,分割成大小相同的若干塊,就必須用指針把它們鏈接起來,所以將addr強制轉換成二維指針,然后賦值給plink,然后讓plink去執行連接的操作,也就是在以前addr指向的地方放上指針;plink本身是存放在棧上的,plink這個符號的值是指向addr的,*plink就是取plink指向地址單元的內容,而 plink指向地址單元的內容是一個地址,即是一個指針,plink指向地址單元的內容也就是addr指向地址單元的內容,但由于addr是一維指針,所以它指向的內容不會被解釋成一個地址,而是一般的內容,F在*plink就是把addr所在存儲單元的內容解釋成一個指針,并且將下一個block的首地址賦值給此存儲單元,理解了這點就可以理解下面的源代碼了,同時對C里面指針的概念又有了進一步的認識。http://blog.csdn.net/uestczhangchao/article/details/5589476

        pblk = (INT8U *)addr + blksize;這句代碼其中暗含了我們對指針加減操作的基本理解,因為在uc/OS-II中是按照字節作為內存塊分布的,所以進行了INT8U*的強制類型轉換,因為只有這樣才能保證addr + blksize的操作是增加多少個字節的數據。因為C語言中指針的加減是與其指向的類型的內存空間密切相關的,比如int * p = 0; p ++;此時的p = 4;而當char *p = 0; p ++; 此時的p = 1;這就說明了指針的加減必須注意數據的類型,而不能直接對void*類型的指針進行加減操作。

        *plink = (void *)pblk;因為plink是一個棧中變量,而對plink取進行解引用,實際上就是得到addr的值,但是*plink是一個地址,還是一個指針,因此需要強制類型轉換。

        plink = (void **)pblk;上面的代碼已經分析。

        基本的思想就是需要注意常數轉換為指針的方式方法:int* p = (int *)0x45342341;int **p = (int **)0x45342341;指針的引入主要就是為了解決內存問題,因此對內存的管理直接體現了對指針的理解深度。

         

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