rtthread内存管理原理

1、内存管理分类

rtthread的内存管理分为静态内存管理与动态内存管理，其中动态内存管理根据内存的多少分为两种：1、针对小内存块的分配管理（小内存管理算法），另一种是针对大内存块的分配管理（SLAB管理算法）。

2、静态内存池管理

//申请一个内存块
block = rt_mp_alloc(&mp, RT_WAITING_FOREVER);
可以看出，静态内存分配只能申请固定的块大小的内存。

3、动态内存分配

3.1 小内存管理

magic：幻数，一般初始化为0x1ea0用于标记内存块
used：指示当前内存块是否已经分配

如 小内存管理算法链表结构示意图 所示的内存分配情况，空闲链表指针lfree初始指向32字节的内存块。当用户线程要再分配一个64字节的内存块时，但此lfree指针指向的内存块只有32字节并不能满足要求，内存管理器会继续寻找下一内存块，当找到再下一块内存块，128字节时，它满足分配的要求。因为这个内存块比较大，分配器将把此内存块进行拆分，余下的内存块（52字节）继续留在lfree链表中，如下 分配64 字节后的链表结构 所示。

另外，在每次分配内存块前，都会留出12字节数据头用于magic，used信息及链表节点使用。返回给应用的地址实际上是这块内存块12字节以后的地址，前面的12字节数据头是用户永远不应该碰的部分。（注：12字节数据头长度会与系统对齐差异而有所不同）释放时则是相反的过程，但分配器会查看前后相邻的内存块是否空闲，如果空闲则合并成一个大的空闲内存块。
所以释放的时候会进行内存碎片整理。

3.2 大内存管理 SLAB
RT-Thread的SLAB分配器是在DragonFly BSD创始人Matthew Dillon实现的SLAB分配器基础上，针对嵌入式系统优化的内存分配算法。最原始的SLAB算法是Jeff Bonwick为Solaris操作系统而引入的一种高效内核内存分配算法。
RT-Thread的SLAB分配器实现主要是去掉了其中的对象构造及析构过程，只保留了纯粹的缓冲型的内存池算法。SLAB分配器会根据对象的类型（主要是大小）分成多个区（zone），也可以看成每类对象有一个内存池，如 SLAB 内存分配器结构 所示：

一个zone的大小在32k ～ 128k字节之间，分配器会在堆初始化时根据堆的大小自动调节

• 内存分配： 假设分配一个32字节的内存，SLAB内存分配器会先按照32字节的值，从zone array链表表头数组中找到相应的zone链表。如果这个链表是空的，则向页分配器分配一个新的zone，然后从zone中返回第一个空闲内存块。如果链表非空，则这个zone链表中的第一个zone节点必然有空闲块存在（否则它就不应该放在这个链表中），那么就取相应的空闲块。如果分配完成后，zone中所有空闲内存块都使用完毕，那么分配器需要把这个zone节点从链表中删除。

• 内存释放：分配器需要找到内存块所在的zone节点，然后把内存块链接到zone的空闲内存块链表中。如果此时zone的空闲链表指示出zone的所有内存块都已经释放，即zone是完全空闲的，那么当zone链表中全空闲zone达到一定数目后，系统就会把这个全空闲的zone释放到页面分配器中去。