LWIP_简记(4.高大上的内存管理)

LWIP一句话记住就行：
一项工程，两份配置，三种内存分配，四套操作API，五步初始化，六个"数据流"，七个数据结构
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前言

在第一讲中我们已经简单的提到了lwip支持的三种内存分配策略，这里我们先来聊聊这三种内存分配的异同．

                |C库自带内存分配策略（malloc/free/realloc）
LWIP内存分配机制  |动态内存堆（Heap）分配策略
                |动态内存池（pool）分配策略

其实关于内存分配的介绍真的很多，我这里就简单谈谈我的理解吧！
我是用养鱼的经验来理解的：
按照每条鱼／平，方便阐述，哈哈！

内存堆

首先是内存堆：作为一个渔夫，一开始只打算养一种鱼，姑且就是草鱼吧．像我老家就是直接整一个大水库1000平（一大片内存，一个堆），但是突然有一天我又想多样化一点儿，打算养点儿花鲢（开始有内存申请需求），直接用渔网隔离一块出来，一天突然又想养点儿鲤鱼，这次呢比花鲢多一些，那就用砖再来隔离一块出来吧．．．就这样到后面种类越来越多，数量呢参差不齐（前期分配要多少给多少，当然有个对齐限制）．总之就是这儿一块，那儿一块，整个水库看上去就是千疮百孔，当我突然有一天想再来养龙虾致富，却发现没有地方了（申请的内存无法分配），或者说一些边边角角的又都凑不到一起（碎片太多）

内存池

接着是内存池：有了前面无法养龙虾致富的教训后，这一次我来了大改造升级，还是这一个水库，但是为了后面方便管理，我前期就提前把整个水库分成了整整齐齐的几大块（划分池子），300平的整１个，200平的整1个，100平的整３个,50平的整４个（固定每个池子大小，每种大小的个数），为了好看，我还可以搞成了中间一个大圆，四周弄成奇形怪状的．（池子的类型也不同），接下来我开始养殖致富了．上半年养250的草鱼，尴尬，200的太小，那就用300吧（同样也有碎片），但是我灵机一动，采用了一个200,一个50（没有碎片了，但是说明当一块不够时就得用两块），接着养．．．但是总得就1000，用着用着后面还是不够啊（也存在内存分配失败）突然有一天草鱼丰收了，买了，好个250终于可以清理一下再用来养点儿其他的了（释放）．

以上了就是我的理解，可能有点儿牵强，但是对于内存堆和内存池的差异和优缺点还是很明显的．具体比较官方的大家就自己百度吧．

LWIP内存分配

好了有了前面的瞎几把 介绍，相信大家已经理解了内存堆和内存池的区别了．我们接着就谈谈LWIP的玩法．

内存池

不失一般性，我呢总结几点：

１．关于API
xxx_malloc()
xxx_free()
记住这个就够了，至于xxx一般都是可以根据字面意思理解是内存堆还是内存池．

２．memp_std.h
重点来了，这个头文件理解清楚了，那么池子方式的就基本OK了．
截取部分代码

还记得上面我们养鱼的经验吗？提前划分池子，确立四个参数：

类型　　　个数　　　每个池子的大小　　　描述

最最关键的来了，一个宏定义展成多个数据结构．

/** Create the list of all memory pools managed by memp. MEMP_MAX represents a NULL pool at the end */
typedef enum {
#define LWIP_MEMPOOL(name,num,size,desc)  MEMP_##name,
#include "lwip/priv/memp_std.h"
  MEMP_MAX
} memp_t;

简单的理解上面这段代码就是把lwip/priv/memp_std.h文件中的每一项类似：
LWIP_MEMPOOL(name, num, size, desc)都给我替换成　　MEMP_##name
于是就变成了这样的：

typedef enum{
	MEMP_RAW_PCB,
	MEMP_UDP_PCB,
	MEMP_TCP_PCB,
	...
	MEMP_MAX,
}memp_t

同理就产生了memp_size, memp_num, memp_desc
总之内存池问自己三个问题：池子是什么类型？每种类型的池子有多少个？该种类型每个池子的大小是多少？

３．memp_memory

#define LWIP_MEMPOOL(name,num,size,desc) LWIP_MEMPOOL_DECLARE(name,num,size,desc)
#include "lwip/priv/memp_std.h"
 
 
#define LWIP_MEMPOOL_DECLARE(name,num,size,desc) \
  LWIP_DECLARE_MEMORY_ALIGNED(memp_memory_ ## name ## _base, ((num) * (MEMP_SIZE + MEMP_ALIGN_SIZE(size)))); \
    \
  LWIP_MEMPOOL_DECLARE_STATS_INSTANCE(memp_stats_ ## name) \
    \
  static struct memp *memp_tab_ ## name; \
    \
  const struct memp_desc memp_ ## name = { \
    DECLARE_LWIP_MEMPOOL_DESC(desc) \
    LWIP_MEMPOOL_DECLARE_STATS_REFERENCE(memp_stats_ ## name) \
    LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(size), \
    (num), \
    memp_memory_ ## name ## _base, \
    &memp_tab_ ## name \
  };

上述代码截取：memp.h
主要理解一下memp_memory，顾名思义就是指整个池子的大小．从宏定义看跟第二点提到的展开一样的处理，这里不再赘述．
那按照求总和的方式无外乎就是
小学生：sum=Sa+Sb+Sc+Sd+…
中学生：sum=aNa+bNb+cNc+dNd+…
程序员：sum=type*(size + aligned)

static u8_t memp_memory{
	MEM_ALIGNMENT-1
	+((MEMP_NUM_RAW_PCB)*MEMP_SIZE+MEMP_ALIGN_SIZE(sizeof(struct raw_pcb)))
	+((MEMP_NUM_UDP_PCB)*MEMP_SIZE+MEMP_ALIGN_SIZE(sizeof(struct udp_pcb)))
	+((MEMP_NUM_TCP_PCB)*MEMP_SIZE+MEMP_ALIGN_SIZE(sizeof(struct tcp_pcb)))
	...
}

说白了还不是中学生算法，只是程序员牛逼的引入了一个对齐的新概念．

４．对齐
提到了对齐那就简单讲一下吧．

#define LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(size) (((size) + MEM_ALIGNMENT - 1U) & ~(MEM_ALIGNMENT-1U))

我的理解：

对齐方式：２＾n（２的n次方）
请求内存：size
置０因子：末n位（& ~(MEM_ALIGNMENT-1U))的作用）
被置０因子：（(size) + MEM_ALIGNMENT - 1U）二进制的后n位

举个例子：指定４字节对齐，即2^2
请求３byte
置０因子：末2未置０
被置０因子：３＋４－１＝６，二进制：0110
实际分配：二进制：0100即4byte
请求４byte
置０因子：末2未置０
被置０因子：４＋４－１＝７，二进制：0111
实际分配：二进制：0100即4byte
请求５byte
置０因子：末2未置０
被置０因子：5＋４－１＝8，二进制：1000
实际分配：二进制：1000即8byte
．．．

内存堆

https://blog.csdn.net/XieWinter/article/details/99676523
https://blog.csdn.net/ZCShouCSDN/article/details/80282907
还是看看上面的两个链接吧．

最后说一下，内存这个大话题，需要讲的太多太多，但是本人目前学识有限，也还在努力学习中，大家一起加油吧．毕竟搞懂这个，感觉一切都变得简单了．

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这期就到这里了，LWIP想怎么玩就怎么玩，我们下期再见．