RT-Thread移植到S5P4418(三):靜態內存池管理

內存堆管理器可以分配任意大小的內存塊,非常靈活和方便。但其也存在明顯的缺點:一是分配效率不高,在每次分配時,都要空閒內存塊查找;二是容易產生內存碎片。爲了提高內存分配的效率,並且避免內存碎片,RT-Thread 提供了另外一種內存管理方法:內存池(Memory Pool)。

內存池是一種內存分配方式,用於分配大量大小相同的小內存塊,它可以極大地加快內存分配與釋放的速度,且能儘量避免內存碎片化。此外,RT-Thread 的內存池支持線程掛起功能,當內存池中無空閒內存塊時,申請線程會被掛起,直到內存池中有新的可用內存塊,再將掛起的申請線程喚醒。


內存池控制塊:

struct rt_mempool
{
    struct rt_object parent;

    void        *start_address;  /* 內存池數據區域開始地址 */
    rt_size_t     size;           /* 內存池數據區域大小 */

    rt_size_t     block_size;    /* 內存塊大小  */
    rt_uint8_t    *block_list;   /* 內存塊列表  */

    /* 內存池數據區域中能夠容納的最大內存塊數  */
    rt_size_t     block_total_count;
    /* 內存池中空閒的內存塊數  */
    rt_size_t     block_free_count;
    /* 因爲內存塊不可用而掛起的線程列表 */
    rt_list_t     suspend_thread;
    /* 因爲內存塊不可用而掛起的線程數 */
    rt_size_t     suspend_thread_count;
};
typedef struct rt_mempool* rt_mp_t;

初始化函數

rt_err_t rt_mp_init(rt_mp_t mp, const char *name, void *start, rt_size_t size, rt_size_t block_size){
    rt_ubase_t offset;

    rt_object_init(&(mp->parent), RT_Object_Class_MemPool, name); // 對象初始化

    mp->start_address = start;

    size = RT_ALIGN_DOWN(size, RT_ALIGN_SIZE);
    mp->size = size;

    block_size = RT_ALIGN(block_size, RT_ALIGN_SIZE);
    mp->block_size = block_size;

    mp->block_free_count = size / (block_size + sizeof(rt_ubase_t *));
    mp->block_total_count = mp->block_free_count;

    rt_list_init(&(mp->suspend_thread));
    mp->suspend_thread_count = 0;

    /* 形成單鏈表 */
    for(offset = 0; offset < mp->block_total_count - 1; offset++){
        *(rt_ubase_t **)((rt_uint8_t *)start + (block_size + sizeof(rt_ubase_t *)) * offset) = 
            (rt_ubase_t *)((rt_uint8_t *)start + (block_size + sizeof(rt_ubase_t *)) * (offset + 1));
    }
    *(rt_ubase_t **)((rt_uint8_t *)start + (block_size + sizeof(rt_ubase_t *)) * offset) = RT_NULL;

    mp->block_list = (rt_uint8_t *)start;

    return RT_EOK;
}

初始化後的內存分佈:
在這裏插入圖片描述


申請內存塊

void *rt_mp_alloc(rt_mp_t mp, rt_int32_t time){
    rt_thread_t thread;
    rt_uint8_t *block_ptr;
    rt_ubase_t tmp;
    rt_uint32_t before_sleep = 0;

    thread = rt_thread_self();

    tmp = rt_hw_interrupt_disable();

    while(mp->block_free_count == 0){
        if(time == 0){  // 無等待的直接返回
            thread->error = -RT_ETIMEOUT;
            rt_hw_interrupt_enable(tmp);

            return RT_NULL;
        }

        thread->error = RT_EOK;

        rt_thread_suspend(thread);  // 等待的掛起線程
        rt_list_insert_before(&(mp->suspend_thread), &(thread->tlist));
        mp->suspend_thread_count++;

        if(time > 0){
            before_sleep = rt_tick_get();

            rt_timer_control(&thread->thread_timer, RT_TIMER_CTRL_SET_TIME, &time);
            rt_timer_start(&thread->thread_timer);  // 啓動定時器
        }

        rt_hw_interrupt_enable(tmp);

        rt_schedule();  // 調度

        /* 超時或主動恢復線程 */
        if(thread->error != RT_EOK){
            return RT_NULL;
        }

        if(time > 0){
            time = rt_tick_get() - before_sleep;    // 未分配內存塊,且未超時繼續等待
            if(time < 0){
                time = 0;
            }
        }

        tmp = rt_hw_interrupt_disable();
    }
	
	/* 執行到這說明有空閒塊了 */
    block_ptr = mp->block_list;
    mp->block_list = *(rt_uint8_t **)block_ptr;     // .block_list總是指向下一個空閒塊
    *(rt_uint8_t **)block_ptr = (rt_uint8_t *)mp;

    mp->block_free_count--;

    rt_hw_interrupt_enable(tmp);

    return (void *)(block_ptr + sizeof(rt_uint8_t *));
}

假如申請了兩塊內存。內存分佈:
在這裏插入圖片描述


內存釋放

void rt_mp_free(void *block){
    rt_uint8_t *block_ptr;
    rt_mp_t mp;
    rt_thread_t thread;
    rt_ubase_t tmp;

    RT_ASSERT(block != RT_NULL);

    block_ptr = (rt_uint8_t *)((rt_uint32_t)block - sizeof(rt_uint8_t *));
    mp = (rt_mp_t)(*(rt_uint8_t **)block_ptr);  // 獲取該內存池控制塊

    tmp = rt_hw_interrupt_disable();

    *(rt_uint8_t **)block_ptr = (rt_uint8_t *)mp->block_list;   // .next
    mp->block_list = block_ptr; // 本塊又變成了鏈表中的第一塊空閒塊

    mp->block_free_count++;

    if(mp->suspend_thread_count > 0){   // 判斷是否有線程等待分配
        thread = rt_list_entry(mp->suspend_thread.next, struct rt_thread, tlist);
        rt_thread_resume(thread);

        thread->error = RT_EOK;

        mp->suspend_thread_count--;

        rt_hw_interrupt_enable(tmp);

        rt_schedule();

        return ;
    }

    rt_hw_interrupt_enable(tmp);
}

上圖申請了兩塊內存,如果先釋放第二塊,再釋放第一塊。鏈表順序有所改變:
在這裏插入圖片描述


對於動態創建的內存池,只是多了一步申請內存的操作。


工程文件

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