基于嵌入式系統設計中查找內存丟失的策略方案

在嵌入式系統設計過(guò)程中，要利用數組保存內存分配的每一個(gè)塊記錄，在內存塊釋放的同時(shí)，也將該記錄從數組中刪除。在主循環(huán)的每次迭代之后，分配的內存塊的總數目將打印出來(lái)。理想情況下，要按類(lèi)型對這些內存塊排序，但指向malloc()和free()的調用則不包含任何類(lèi)型信息。內存分配的大小是最好的標識，因此成為設計工程師需要記錄的信息。此外，還需要存儲分配的內存塊地址信息，這樣，當調用釋放函數時(shí)，就可以方便地定位或刪除塊記錄。

在添加和刪除塊記錄時(shí)，還需要跟蹤每種大小的內存塊數目，程序的列表1給出了實(shí)現上述功能的代碼。

隨著(zhù)內存塊的分配和釋放，數組：
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　　typedef struct

　　{

　　void * address;

　　size_t size;

　　} BlockEntry;

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跟蹤當前存在的所有內存塊。另一數組則跟蹤當前存在的每種大小的內存塊總數：

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　　typedef struct

　　{

　　int count;

　　size_t size;

　　} Counter;

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函數mDisplayTable()允許我們在每次主循環(huán)結束時(shí)輸出結果。如果printf()不可用，則可利用調試器中斷系統并檢驗數組的內容。

上述代碼還必須使NUM_SIZES 和 NUM_BLOCKS足夠大，以處理系統中的大量?jì)却娣峙?；但也不能太大，從而導致在系統運行之前就已耗盡所有的RAM。

輸出

快速地瀏覽代碼，可以注意到結構類(lèi)型Sensor的長(cháng)度定義如下：

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　　typedef struct

　　{

　　int offset;

　　int gain;

　　char name[10];

　　} Sensor;

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假定int為32位數據，那么Sensor的長(cháng)度將為18(4+4+10)，但在測試中，結果表明為20。編譯器可以在存儲結構的數據成員之間自由地添加填充，以將對齊強制設定為一個(gè)字邊界。特殊情況下，每個(gè)字段開(kāi)始于一個(gè)已存在的字邊界，那么為什么還需要填充呢？填充添加在存儲結構的最末端，如果聲明了一個(gè)數組Sensor，那么該數組的所有成員(而不僅僅是第一個(gè)成員)將會(huì )進(jìn)行字對齊。根據處理器的不同，字對齊的速度將有所差異，有時(shí)這些編譯器將提供可根據速度選擇字對齊長(cháng)度的切換開(kāi)關(guān)。在任何情形下，最好不要根據源代碼的定義對存儲結構的長(cháng)度作任何假設。

下面考察當使用這些函數時(shí)，將得到何種類(lèi)型的輸出。程序清單2給出了一個(gè)顯示存儲動(dòng)態(tài)內存方式的示例。程序清單2將通常作為主外部循環(huán)的迭代了10次，并在每次迭代的末尾，調用函數mDisplay-Table()輸出分配的內存塊情況。

許多內存塊均在初始化階段進(jìn)行分配，但我們對這些內存塊并不感興趣，因為這段代碼將不會(huì )重復，因此不會(huì )產(chǎn)生內存丟失。由于我們并不希望這些內存分配導致分配表混亂，因此在啟動(dòng)感興趣的迭代之前需要將該分配表清空。為了清空分配表，需要調用函數mClearTable()。

主循環(huán)調用的三個(gè)不同的函數

函數replacer()：指示了一個(gè)用來(lái)分配內存塊并且直到出現循環(huán)迭代才釋放的指針。如果檢驗主循環(huán)中的迭代，可以發(fā)現分配的內存塊并未釋放。通過(guò)監控總數為20的內存塊，從表1可以看出，每次迭代之后的內存塊總數都為1，因此沒(méi)有出現內存丟失。

函數growAndShrink()：管理長(cháng)度為24個(gè)結構體的鏈表，該鏈表的長(cháng)度將隨時(shí)間發(fā)生變化，但我們并不希望鏈表無(wú)限增長(cháng)。通過(guò)檢驗總數為24的內存塊，我們可以發(fā)現，雖然任意時(shí)間內存塊的數目都可能發(fā)生變化，但決不會(huì )超過(guò)25個(gè)。

函數growForever()：處理內存塊長(cháng)度為44的情形。這里我們可以非常清晰地看到，分配的內存塊數目在持續增長(cháng)。當首次觀(guān)察該表時(shí)，可能無(wú)法找到表的源頭。我們首先只能快速而粗略對mMalloc()上的條件斷點(diǎn)進(jìn)行檢驗，該斷點(diǎn)只有當長(cháng)度參數達到44時(shí)才觸發(fā)。當到達該斷點(diǎn)時(shí)，可以檢驗堆棧，以確定進(jìn)行內存分配的地方。工程師完全能夠多次執行這樣的操作，因為這種長(cháng)度的內存塊可在多處進(jìn)行分配。

嚴格地說(shuō)，在函數growForever()中分配的內存不是丟失，因為所有分配的內存塊均帶有引用，因此理論上可以在后來(lái)釋放。如果特定應用這樣做，那么結果就非常明顯。

長(cháng)度是關(guān)鍵因素

當不同類(lèi)型的對象共享相同長(cháng)度的內存時(shí)，上述技術(shù)就不那么有效了。實(shí)際中碰到這樣的情形并不多，但即便可能引發(fā)問(wèn)題，仍然還有很多別的選擇。

更為先進(jìn)的方法則是為每個(gè)記錄存儲類(lèi)型信息。這并不困難，但我卻不愿采用這種方法，因為該方法要求為函數mMalloc()的標記添加一些新東西。我們可以定義一個(gè)列出所有可能分配的類(lèi)型的枚舉類(lèi)型。在每次調用函數mMalloc()時(shí)，將傳遞一個(gè)附加的參數，并且該參數為枚舉類(lèi)型中的一個(gè)元素。如果在表中該參數連同地址一起被存儲，那么總能識別出這類(lèi)對象。

這也使得我們可以將分配長(cháng)度不同，但類(lèi)型相關(guān)(如可變長(cháng)度的字符數組)的內存塊鏈接起來(lái)。

C++通過(guò)使我們重載或刪除按類(lèi)基(per-class basis)而使得這種方法更加簡(jiǎn)便易行。盡管這是一種有效的方法，但這里我仍然不會(huì )采用這種方法，因為我更傾向采用適合C語(yǔ)言環(huán)境的技術(shù)。