SylixOS 定长内存管理

Posted 2020-09-22

1. 定长内存管理介绍

所谓定长内存，指的是用户每次分配获得的内存大小是相同的，即使用的是有确定长度的内存块。同时，这些内存块总的个数也是确定的，即整个内存总的大小也是确定的。这和通常理解的内存池的概念是一样的。

使用定长内存管理的内存，有两大优点：一是由于事先已经分配好了足够的内存，可极大提高关键应用的稳定性；二是对于定长内存的管理通常有更为简单的算法，分配/释放的效率更高。在 SylixOS 中，将管理的一个定长内存称作 PARTITION，即内存分区。

2. 定长内存管理设置

SylixOS可以通过API操作实现定长内存管理功能。

2.1      创建内存分区

#include<SylixOS.h> LW_OBJECT_HANDLE  Lw_Partition_Create(CPCHAR             pcName,                                           PVOID              pvLowAddr,                                           ULONG              ulBlockCounter,                                           size_t             stBlockByteSize,                                           ULONG              ulOption,                                           LW_OBJECT_ID      *pulId)

函数Lw_Partition_Create 原型分析：

1.此函数成功时返回一个内存分区句柄，失败时返回LW_HANDLE_INVALID并设置错误号；

2.参数pcName指定该内存分区的名称，可以为LW_NULL（最大字长为32字节）；

3.参数pvLowAddr为用户定义的一片内存的低地址，即起始地址。该地址必须满足一个CPU字长的对齐，如在32位系统中，该地址必须4字节对齐；

4.参数 ulBlockCounter 为该内存分区的定长内存块数量；

5.参数 stBlockByteSize 为内存块的大小，必须不小于一个指针的长度，在32位系统中为4字节；

6.参数ulOption为创建内存分区的选项，如表 2-1所示。

表 2-1  内存分区创建选项

选项名称	解释
LW_OPTION_OBJECT_GLOBAL	表示该对象为一个内核全局对象
LW_OPTION_OBJECT_LOCAL	表示该对象仅为一个进程拥有，即本地对象
LW_OPTION_DEFAULT	默认选项

7.输出参数 pulId 保存该内存分区的 ID，与返回值相同。可以为 LW_NULL。

 

注：驱动程序或内核模块才能使用LW_OPTION_OBJECT_GLOBAL 选项，对应的LW_OPTION_OBJECT_LOCAL 选项用于应用程序。为了使应用程序有更好的兼容性，建议使用LW_OPTION_DEFAULT选项，该选项包含了 LW_OPTION_OBJECT_LOCAL 的属性。

SylixOS的Lw_Partition_Create把已分配好的一块大内存（pvLowAddr）通过一个PARTITION控制块进行管理，PARTITION控制块内容如程序清单 2-1所示。

程序清单2-1  PARTITION控制块

/**********************************************************************************   PARTITION 控制块 **********************************************************************************/ typedefstruct {     LW_LIST_MONO         PARTITION_monoResrcList;         /*  空闲资源表             */     UINT8                PARTITION_ucType;                 /*  类型标志               */     PLW_LIST_MONO        PARTITION_pmonoFreeBlockList;   /*  空闲内存块表           */     size_t               PARTITION_stBlockByteSize;       /*  每一块的大小           */                                                              /*  必须大于 sizeof(PVOID)*/     ULONG                PARTITION_ulBlockCounter;        /*  块数量                 */     ULONG                PARTITION_ulFreeBlockCounter;    /*  空闲块数量             */     UINT16               PARTITION_usIndex;                /*  缓冲区索引             */      CHAR                 PARTITION_cPatitionName[LW_CFG_OBJECT_NAME_SIZE];                                                               /*  名字                   */     LW_SPINLOCK_DEFINE  (PARTITION_slLock);              /*  自旋锁                 */ } LW_CLASS_PARTITION;

Lw_Partition_Create对特定内存管理好后，会返回一个LW_OBJECT_HANDLE句柄。之后用户需要对这块内存进行获取、释放和删除等，都可以通过这个句柄进行操作。

2.2      获取/返还内存块

PVOID  Lw_Partition_Get (LW_OBJECT_HANDLE  ulId) PVOID  Lw_Partition_Put (LW_OBJECT_HANDLE  ulId, PVOID  pvBlock)

调用 Lw_Partition_Get 函数可以获得一个内存分区的内存块，其大小为创建内存分区时指定的大小，调用Lw_Partition_Put 函数将获得的内存块（Lw_Partition_Get 函数获得）返回给内存分区。

注：如果pvBlock为 NULL，则设置错误号为 ERROR_PARTITION_NULL。

2.3      删除内存分区

ULONG  Lw_Partition_Delete (LW_OBJECT_HANDLE   *pulId) ULONG  Lw_Partition_DeleteEx (LW_OBJECT_HANDLE   *pulId, BOOL  bForce)

如果一个内存分区中有内存块还在被使用，则理论上不应该立刻被删除。如果bForce为 LW_TRUE，则 Lw_Partition_DeleteEx 忽略该条件直接删除该分区。通常情况下应用程序不应该使用该方式，这可能会导致内存错误。建议一般情况下使用 Lw_Partition_Delete 函数，它相当于下面调用，这样避免释放还在使用的内存。

Lw_Partition_DeleteEx(pulId, LW_FALSE);

3. 定长内存管理使用

比如程序需要创建一个链表，可以使用定长内存管理。如程序清单 3-1所示。

程序清单 3-1  程序代码

#include<stdio.h> #include<SylixOS.h>   typedefstruct my_element {     INTiValue; } MY_ELEMENET;   #define    ELEMENT_MAX (8)   /*  * 即当_G_pucMyElementPool 的地址不满足结构体 MY_ELEMENT 的对齐需求时，在有些硬件上，  * 访问成员变量 iValue 将产生多字节不对齐访问的错误（典型的硬件平台如 ARM）。 * 应该将_G_pucMyElementPool 的类型定义为UINT8，即单字节访问，逻辑上它的起始地址可以是任  * 何对齐值。  */ MY_ELEMENET_G_pmyelement[ELEMENT_MAX]; LW_STACK    _G_pucMyElementPool[sizeof(MY_ELEMENET) * ELEMENT_MAX /                                    sizeof(LW_STACK)];        /*  申请一段内存空间     */ LW_HANDLE    _G_hMyPartition;                                /*  内存管理句柄         */                            intmain(intargc, char *argv[]) {     MY_ELEMENET *peleTable[ELEMENT_MAX]   = { LW_NULL };     MY_ELEMENET *peleTmp                  = NULL;     ULONG         ulError;     INT           i                       = 0;       _G_hMyPartition = Lw_Partition_Create("my_partition", _G_pucMyElementPool,                                           ELEMENT_MAX, sizeof(MY_ELEMENET),                                                 LW_OPTION_DEFAULT,                                                 LW_NULL);     if (_G_hMyPartition == LW_HANDLE_INVALID) {         fprintf(stderr, "create partition failed.\n");         return (-1);     }     /*      * 最多能够获得多少个元素内存      */     while (1) {         peleTmp = (MY_ELEMENET *) Lw_Partition_Get(_G_hMyPartition);         if (peleTmp != LW_NULL) {             peleTable[i] = peleTmp;             peleTmp->iValue = i;             fprintf(stdout, "get element successfully, count = %d.\n", i);         } else {             fprintf(stderr, "get element failed, count = %d.\n", i);             break;         }         i++;     }     /*      * 在没有全部回收元素内存的情况下删除内存分区      */ ulError = Lw_Partition_Delete(&_G_hMyPartition); /*无法删除还有未回收所有内存*/     if (ulError != ERROR_NONE) {         fprintf(stderr, "delete partition error.\n");     } else {         return (0);     }     /*      * 回收内存块返回给内存分区      */     for (i = 0; i < ELEMENT_MAX; i++) {         peleTmp = peleTable[i];         if (peleTmp != LW_NULL) {             fprintf(stdout, "element%d value = %d.\n", i, peleTmp->iValue);             peleTmp = Lw_Partition_Put(_G_hMyPartition, peleTmp);             if (peleTmp != LW_NULL) {                 fprintf(stderr, "element%d put failed.\n", i);             }         } else {             break;         }     }     /*      * 全部回收元素内存后删除内存分区      */     ulError = Lw_Partition_Delete(&_G_hMyPartition); /*   可以删除内存分区           */     if (ulError != ERROR_NONE) {         fprintf(stderr, "delete partition error.\n");         return (-1);     } else {         fprintf(stderr, "delete partition successfully.\n");     }     return (0); }

内存分区不直接分配内存，它只是提供了一个管理内存的方法。因此在创建内存分区时，需要指定需要管理的内存，该内存由使用的元素（即上面所述的内存块）大小以及元素的最大个数决定。在程序清单 31中，创建了一个最大可以容纳 8 个类型为MY_ELEMENT 对象的内存分区，然后通过获取元素对象、使用元素对象以及删除内存分区三方面展示了SylixOS 内存分区的使用。该程序运行后，结果如下所示：如图 3-1所示。

图 3-1  程序运行结果

从运行结果可以看出，最大元素个数为8个，因此第9次获取元素时会失败。随后使用Lw_Partition_Delete函数删除内存分区，由于此时元素还未被回收，因此删除失败。当回收完全部的元素后，才能成功删除。

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