FreeRTOS筆記（十三）記憶體管理
阿新 • • 發佈：2019-01-13
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01 - 記憶體管理
回顧一個最開初沒有提問的問題，我們建立任務的時候，會生成一個TCB任務控制塊，它需要在記憶體中佔據一個空間，多工中就會有多個TCB，誰給它們分配好空間？誰負責回收空間？一旦空間不夠怎麼辦？
任務需要被核心中不同的函式管理，所以肯定是使用全域性變數或者靜態變數，於是一個簡單的回答是使用全域性變數，每建立一個任務就存在一個全域性變數，但是任務的建立是動態的，而全域性變數的定義是靜態的，並不能在系統執行期間再去定義一個全域性變數，所以需要提前準備好一些全域性變數（全域性變數快取池），當需要的時候就分配
由於每一個單板的記憶體管理都可以不相同，所以FreeRTOS把記憶體管理歸屬到可移植層，由實際的情況去編寫，同時FreeRTOS提供了若干個記憶體管理的範例，這些範例是通用的，使用純C語言編寫，與硬體無關，範例中提前準備好的全域性變數是一個全域性靜態陣列static uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ];，在head_x.c（x是數字）中，作用域只能是heap_x.c檔案內，生存期是程式開始到結束，所以只能使用pvPortMalloc()返回ucHeap中某個位置的地址，使用指標間接訪問
#if( configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP == 1 )
extern uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ];
#else
static uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ];
02 - 範例
檢視原始碼就可以知道每一個範例的記憶體管理演算法、管理方式等，小白使用Sv9.0.0版本的FreeRTOS，提供了5個範例，區別如下
FreeRTOS版本：Sv9.0.0
| 範例 | 演算法 | 分配方式 | 釋放方式 | 優點 | 缺點 | 程式碼量(行) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| head_1.c | 順序分配，首次適應演算法 | 每次都從ucHeap陣列中順序切割 | 無 | 記憶體分配確定，沒有記憶體碎片 | 記憶體不可重用 | 185 |
| head_2.c | 順序分配，最佳適應演算法 | 每次從空閒連結串列中找一個大小最合適的記憶體 | 把釋放的記憶體有序地插入一個從小到大排序的空閒連結串列 | 記憶體可重用，分配效率高 | 大塊記憶體得不到分配，相鄰的空閒記憶體不會合並，存在記憶體碎片 | 314 |
| head_3.c | stblib庫決定 | 呼叫了malloc() | 呼叫了free() | 記憶體管理由編譯器決定 | 程式碼量可能大大增加，記憶體分配不確定 | 136 |
| head_4.c | 順序分配，最佳適應演算法 | 同head_2.c | 同head_2.c，另外合併相鄰的空閒記憶體 | 同head_2.c，另外限制了記憶體碎片，相鄰空閒記憶體得到合併 | 大塊記憶體得不到分配 | 477 |
| head_5.c | 離散分配 | head_4.c，但是允許跨越不同的記憶體段 | 同head_4.c | 同head_4.c，另外大塊記憶體得分配 | 分配和釋放速度較慢 | 526 |
03 - 總結
- 記憶體動態分配的本質是在全域性變數快取池中取出全域性變數
- 記憶體碎片越少、使用效率越高，則分配和釋放的速度越慢