有没有办法处理 AVR/Arduino 微控制器中的堆内存碎片？

Posted 2023-02-22

【中文标题】有没有办法处理 AVR/Arduino 微控制器中的堆内存碎片？

【英文标题】：Is there a way to handle heap memory fragmentation in AVR/Arduino microcontrollers?

【发布时间】：2015-03-28 21:16:39

【问题描述】：

我已经找了几天了，没有任何运气。

堆内存碎片是在微控制器/Arduino 中大量使用 malloc() 和 free() 的结果。

如果使用它们是不可避免的，我如何不时对堆进行碎片整理以确保下一次 malloc() 调用会找到要分配的连续内存？

【问题讨论】：

您可以修改 malloc 以便它返回块的句柄，然后在每次需要访问块时将句柄转换为实际指针的函数。这样，您可以滚动自己的碎片整理，定期重新排列内存并更新句柄表。

有趣，你有示例代码吗？或者你能指出我的方向吗？

【参考方案1】：

创建一个固定大小的内存块池。当您需要任何数量的内存时，从池中分配一个块并使用您需要的部分。完成后，将块返回到池中。池永远不会碎片，因为块总是相同的大小。如果有任何块可用，那么它们的大小总是正确的。有时你只需要几个字节，然后你会认为你浪费了整个块。但是你会记得你正在避免内存碎片，你会感觉更好。

如果您的分配大小差异很大，那么一个固定大小的内存池可能真的太浪费了。然后，您可以为小型、中型和大型块创建两个或三个固定大小的内存池。但请确保将块返回到您从中获取它们的同一池中。

使用队列或链表来组织池中的块。这些块在分配时从队列/列表中删除。当它们被释放时，它们会返回到队列/列表中。

【讨论】：

但是如果使用 malloc() 是不可避免的，有什么办法可以对内存进行碎片整理？

重置设备并重新初始化堆将会对内存进行碎片整理。可能会在 malloc() 失败时重置，或者定期重置，或者当您的应用程序处于方便状态时重置。

但这和对内存进行碎片整理不一样，会丢弃所有分配的数据。

【参考方案2】：

正如@kkrambo 提到的，使用队列或链表来跟踪分配的内存块。我已经包含了一个专门针对 Arduino 的示例，它没有我想要的所有花里胡哨。 我选择只保留指向队列中内存块的指针，而不是块本身（这似乎是 kkrambo 所说的，尽管我不知道他/她是否是我上面所说的意思。）

const int MAX_POOL_SIZE = 4;
const int MAX_DATA_SIZE = 128;

// Memory pool for data
QueueArray <uint8_t*> dataPool;

void initDataPool () 
  uint8_t * ptr;
  for (int i = 0; i < MAX_POOL_SIZE; i++) 
    ptr = (uint8_t*) malloc(MAX_DATA_SIZE);     // Allocate MAX_DATA_SIZE buffer
    dataPool.push(ptr);                         // Push buffer pointer to queue
  


// Allocate message data buffer from data pool
// If data pool still has buffer space available, and requested
// buffer size is suitable, return pointer to avalable buffer
static void* allocateDataBuff (size_t buffSize) 
  if (!dataPool.isEmpty()) 
    if (buffSize < MAX_DATA_SIZE) return dataPool.pop();
    else 
      if (debugMsg) Serial.println("allocateDataBuff: Requested Buffer Size is too large");
      return NULL;
    
   // if message pool still has buffer space available
  else 
    if (debugMsg) Serial.println("allocateDataBuff: Memory pool is full, no buffers available at this time");  
  

void setup() 
    initDataPool();

void loop() 
    // ........
    uint8_t* dataPtr = (uint8_t*) allocateDataBuff(100);
    // ....assign message to *dataPtr
    // ........
    deallocateDataBuff(dataPtr);