深度解剖~ FreeRtos阅读笔记5 FreeRtos内存管理详解
5 Freertos 内存管理
芯片中最为稀缺珍贵的往往是存储资源，为了更好的利用它们，开发者不得不变得吝啬分配、斤斤计较到每一个字节。
FreeRtos V8.0.1针对动态内存分配提供了四种方案，分别放在heap1、heap2、heap3、heap4文件中。
5.1 分配方式 heap1
heap1分配方法最为简单，代码量也相对较小，heap1只能申请不能回收，适合任务、队列等不需要执行删除操作的工程。
ucHeap占据的整块内存既为可申请的堆空间，空间大小由configTOTAL_HEAP_SIZE定义。
分配之前首先对堆的起始地址做偶对齐，这有可能会使一些起始的字节作为“占位”而丢弃掉，最终得到堆有效空间使用configADJUSTED_HEAP_SIZE代替。
（堆初始化）
Heap1分配时使用xNextFreeByte始终记录堆中可分配的首地址，起始值为0。
若初始化后需要申请20字节：
（申请20字节）
第二次申请30字节:
（申请30字节）
5.2 分配方式 heap2
Heap2中每个内存块都有对应结构体的记录链表和块大小，链表将空闲块按照块大小升序相连。Start和end结构体作为索引独立于堆区，end作为结束标识xBlockSize总是等于堆区总大小。
Heap2初始化堆区后图：
（heap2初始化后）
5.2.1 heap2申请内存
如果程序需要申请A、B、C三块内存，需要的空间大小为B>A>C，使用heap2的申请分配图如下：
（申请A空间）
（申请B、C空间）
5.2.2 heap2回收内存
Heap2回收时将内存块按照升序方式插入链表。假设剩余的D空间大小等于A，程序分别释放B、A、C内存，释放后堆区如下：
（释放B内存后）
（释放A内存后）
（释放C内存后）
内存链上的内存按照块大小递增，记录块信息的结构体随着分配逐渐增加，永远得不到释放。一旦程序频繁申请小块内存，即使释放后也无法申请大内存块。
5.3 分配方式 heap3
Heap3使用了库中的malloc和free，此时堆区已经脱离freertos控制，configTOTAL_HEAP_SIZE成为无效参数。没有源码，，，，先不做分析~
5.4 分配方式 heap4
Heap4中每个内存块都有对应结构体的记录链表和块大小，链表将空闲块按照地址升序相连。Start结构体作为索引独立于堆区，end属于堆区一部分，所以去除一个结构体的size才是堆实际分配范围。
（heap4初始化后的堆区）
5.4.1 heap4申请内存
每当申请出空闲块后都会对应产生一个新的结构体，这些结构体会占据一部分堆空间。申请内存块A后堆区图：
（申请A内存后）
再次申请B、C内存块：
（申请B内存后）
（申请C内存后）
5.4.2 heap4 回收内存
heap4在回收内存时会尝试将零散的内存块进行合并，减少碎片。
假设在申请A、B、C之后，B内存使用完毕需要释放掉，B块的上下都没有相邻的空闲内存，所以只插入空闲链表就可以完成释放。如图：
（释放B后）
释放A时，存在相邻的B区，两块内存会进行拼接，B块的结构体也被合并，如图：绿色区是被回收的内存
（释放A后）
回收C块时，上下都存在空闲区，回收工作分为两个步骤进行：
（释放C）
5.5 阅读小结
相同点
除heap3外，都使用大数组作为堆区进行分配，这看起来比较浪费，即使程序没有申请任何空间，堆区占据的内存在程序编译前就已经确定。
Heap2与heap4都需要为记录内存块信息而消耗一定堆空间。
调用相同，统一使用pvPortMalloc和vPortFree，方便heap文件更换。
进行堆操作时都没有屏蔽中断，只是将调度器挂起。所以FreeRtos堆操作不能在中断里使用，如果一定要实现的话，线程中每一个堆操作的地方如创建任务、信号量、队列等~都要先屏蔽中断，这会使FreeRtos调度器实时性下降。
区别
四种方式主要在分配方法上存在差异：
Heap1分配最为简单迅速，它适合只申请不释放的工程。
Heap2进行频繁申请释放后会造成较多的碎片，适合只申请固定大小内存的工程。
Heap4像是Heap2的升级版，分配方式几乎相同，在回收时添加了内存块拼接以尝试消除碎片。