動(dòng)態(tài)內存管理在面向嵌入式實(shí)時(shí)系統中的研究

　　為了提高內存空間的利用率，采用按請求的實(shí)際大小來(lái)分配空間，而不是按塊的整數倍大小來(lái)分配空間。

　　基本方法就是將所有獨立塊（空閑塊和使用塊）按物理地址的先后順序組織成一個(gè)雙鏈表，每個(gè)塊中存放塊本身的一些獨立信息。分配空間時(shí)，需要查找整個(gè)鏈表以找到最優(yōu)適配的空閑塊，之后再將此空閑塊分裂成二塊，一塊用來(lái)滿(mǎn)足請求，另一塊則作為空閑塊插入鏈表?？臻g釋放時(shí)，只需根據鏈表便可以方便地找到與其相鄰的物理塊，在空間合并處理完成之后再將新的塊插入鏈表。

　　但事實(shí)上，由于在分配過(guò)程中只需要在空閑塊中查找最優(yōu)適配塊，所以可以采用一個(gè)單獨的鏈表將所有的空閑塊鏈接起來(lái)，這樣可以極大地加快空間分配時(shí)空閑塊的查找速度。

　　另外，從對伙伴系統的分析可知，將所有的內存空閑區保留在一個(gè)或多個(gè)按空閑區大小排序的鏈表中將使內存分配很快。所以借鑒伙伴系統的實(shí)現方式，可以將單個(gè)的空閑分區鏈組織成多個(gè)鏈表間有序的空閑分區鏈。在動(dòng)態(tài)內存操作頻繁的情況下，這將會(huì )提高系統內存分配的效率。

　　由于以上的方式容易產(chǎn)生許多小的不能繼續使用的空閑區，所以在進(jìn)行空間分配時(shí)，如果分配所得的空閑區小于某一特定值，則不再進(jìn)行空間分配，而是將整個(gè)空間作為請求結果返回。

　　綜上所述，可以將內存塊組織成二個(gè)雙鏈表，即空閑塊鏈表和物理塊鏈表。

　?。?）空閑塊鏈表：將所有的空閑塊按鏈表間有序的方式組織成多個(gè)獨立的空閑鏈表?？臻g分配時(shí)，根據空間的大小選擇相應的鏈表進(jìn)行查找。若查找成功，則在空間分配處理完成之后，將已分配空間返回給請求；若查找失敗，則在更大空間的鏈表中繼續查找；若直到全部鏈表查找完成仍未找到合適的空閑塊，則認為此次分配操作失敗。

　?。?）物理塊鏈表：將所有獨立塊（空閑塊和使用塊）組織成一個(gè)雙鏈表，鏈表中各節點(diǎn)之間是按照物理地址的先后順序鏈接的，每個(gè)塊中存放塊本身的一些獨立信息?？臻g釋放時(shí)，可以不需查找，而直接根據這一鏈表找到與釋放塊相鄰的塊。再根據相鄰塊中的相關(guān)信息就可以方便地進(jìn)行內存塊的合并操作。

　　具體實(shí)現時(shí)，可以將這二個(gè)鏈表的控制信息與用戶(hù)空間獨立存放，避免控制信息被意外地破壞。也可以利用物理塊本身來(lái)存放這些控制信息，得到更好的空間利用率和更好的靈活性。

　　3.4 連續的內存分配工作方式

　　首先假定空間不再進(jìn)行分配的最小值為1KB,即當空間分裂時(shí)所得的空閑區小于1KB時(shí)，將不再進(jìn)行空間分配。

　　分別保留大小為1KB、2KB、4KB、8KB字節等直到大于內存總容量大小的鏈表。例如對于容量為1 024KB的內存，有從1KB字節到2 048KB字節的12個(gè)鏈表。初始時(shí)，所有內存都是空閑的，2 048KB的鏈表包含一個(gè)1 024KB的空閑區（每個(gè)鏈表存放所有小于鏈表本身字節數、大于等于前一鏈表的字節數的內存塊，2 048KB的鏈表存放所有小于2 048KB大于等于1 024KB的內存塊）。其他的鏈表均為空，內存最初的情況如圖1所示。為表示方便，圖中使用單鏈表來(lái)表示鏈接關(guān)系。實(shí)線(xiàn)表示物理塊鏈表指針，短劃線(xiàn)表示空閑塊鏈表指針，虛線(xiàn)表示空指針。對于物理塊鏈表，灰色塊表示已分配塊，白色塊表示空閑塊。

　　當有一個(gè)300KB的內存請求（用A表示）產(chǎn)生時(shí)，系統找到512KB鏈表的表頭。因為這個(gè)鏈表中可能包含滿(mǎn)足請求所需的最小空間。之后按照最佳適配（best fit）算法，在鏈表中搜尋是否有夠用的最小空閑區。此時(shí)512KB的鏈表為空，1 024KB的鏈表也為空，所以最終在2 048KB的鏈表中找到1 024KB可用空間。將此空間分割成大小分別為300KB和700KB的塊，700KB的塊（大于最小塊1KB）插入到1 024KB的鏈表中，300KB的塊則返回給請求A.

　　接著(zhù)，又有一個(gè)300KB（用B表示）和一個(gè)50KB（用C表示）的內存請求。結果如圖2所示。

　　現在塊B被釋放。此時(shí)，根據物理塊鏈表，可以方便地找到與B鄰接的物理塊A和物理塊C.由于塊A和塊C都未被釋放，所以不需要進(jìn)行合并操作。因為塊B的大小介于256KB和512KB之間，所以將塊B插入到512KB的空閑鏈表中，結果如圖3所示。

　　接著(zhù)，塊C被釋放。此時(shí)根據物理塊鏈表可知與塊C鄰接的為塊B和塊F,并且二塊都為空閑狀態(tài)。將塊B和塊F從512KB空閑塊鏈表中刪除，再將三塊合并成一個(gè)700KB的塊（用F表示）插入到1 024KB的空閑鏈表中，結果如圖4所示。

　　最后當塊A被釋放時(shí)，塊A與塊F合并成1 024KB的塊，回到最初只有1 024KB空閑區的情況。

　　4 結 論

　　動(dòng)態(tài)內存管理一直是計算機領(lǐng)域的一項重要技術(shù)。動(dòng)態(tài)內存管理給用戶(hù)提供了比較大的自由度，用戶(hù)可以從系統分區中申請內存塊，也可以從用戶(hù)內存區申請內存塊。這樣增加了系統的靈活性，同時(shí)也限制了大量碎片產(chǎn)生的可能（在不頻繁刪除建立系統內存分區的前提下）。也增加了部分c 代碼的可移植性。