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1、嵌入式实时操作系统C/OS原理与实践,教材：嵌入式实时操作系统C/OS原理与实践电子工业出版社 作者:卢有亮 电子科技大学能源科学与工程学院,第6章 内存管理,6.1 内存管理数据结构6.1.1内存控制块6.1.2 内存控制块实体6.1.3 空闲内存控制块链表6.1.4 内存分区6.2 内存控制块初始化6.3 创建内存分区6.4内存分区获取6.5内存分区释放6.6查询内存分区的状态6.7内存管理实例习题,嵌入式系统中，内存资源是十分宝贵的，如果采用内存分区方式不合理，经过一段时间的内存分配和释放、再发配和再释放，会产生很多零散的内存碎块。这些零散的空间很难利用，因此怎样解决内存分配过程中产生的
2、碎块问题是内存管理的关键问题。C/OS-II中，采用分区的方式管理内存，即将连续的大块内存按分区来管理，每个系统中有数个这样的分区，每个分区又包含数个小相同的内存块。这样，在分配内存的时候，根据需要从不同的分区中得到数个内存块，而在释放时，这些内存块重新释放回他们原来所在的分区。这样就不会产生内存越分越凌乱，没有整块的连续分区的问题了。,6.1 内存管理数据结构,6.1.1内存控制块,6.1.2 内存控制块实体,OS_MEM OSMemTblOS_MAX_MEM_PART;,6.1.3 空闲内存控制块链表,OS_MEM*OSMemFreeList;,6.1.4 内存分区,内存分区与消息队列在一
3、点上相似，就是必须由用户任务来创建。其实定义一个内存分区是相当简单的一件事情，其实就是一个二维数组。如：INT32U MemBuf1020MemBuf就可以是一个内存分区，该分区共有800个字节，分为10个内存块。使用MCB可以将该分区管理起来，实现动态分配和释放,6.2 内存控制块初始化,OS_MemClr为了解析OS_MemInit函数，我们先需要了解一个内存清零函数OS_MemClr，该函数用于对指定内存中的数据进行清零操作。OS_MemClr最大只容许清除内存中64K字节的数据。用户不必担心产生清除数据量不满足要求的问题，因为这个功能的应用没有一个能接近这个限制。这个功能在一个时间点只
4、清除1个字节的数据，这是为了在任何处理器上移植该程序时都能对准内存位置。当然，如果确定了处理器类型，可以修改该函数，以提高代码效率。OS_MemClr两个参数。第一个参数是指向8位无符号整数的指针pdest，表示将要被清零的内存的起始地址。第二个参数是16位的整型size，表示需要清零的内存大小。OS_MemClr这个函数很简单，将从pdest开始一个字节一个字节的将内存中的内容清0，直到清0了size个字节为止。表6.3内存清零函数OS_MemClr解析,6.2 内存控制块初始化,表6.4内存初始化函数OS_MemInit()解析 可见OS_MemInit，对内存控制块MCB进行了初始化，构
5、建了空闲MCB链表。但并未执行创建内存分区及分配内存的操作。,6.3 创建内存分区,内存分区在操作系统初始化的时候并不存在。在使用一个内存分区之前，必须先定义一个二维数组，但这个二维数组仍未成为内存分区。通过调用函数OSMemCreate，使用一个MCB对其进行管理，才成为一个内存分区。OSMemCreate返回一个指向内存控制块的指针，供内存管理的其他操作函数调用。OSMemCreate有四个参数。第一个参数是addr，就是内存分区的首地址，即从哪里开始创建内存分区，应是作为分区的二维数组的首地址。第二个参数是nblks,表示需要创建的内存分区中内存块的总数。第三个参数是INT32U blk
6、size，表示每一个内存块的大小，第四个参数是指向整数的指针perr，用来返回函数运行过程中的信息。表6.5创建内存分区函数OSMemCreate()解析,首先，当操作系统需要创建内存分区时，调用OSMemCreate()函数，并通过参数传递需要建立内存分区的属性，包括：内存分区的首地址，内存分区中内存块的数量，内存分区中内存块的大小，以及返回信息代码的地址。然后，检查判断是否执行函数参数检查，以保证内存分区的创建成功。如果执行函数参数检查，则判断：内存分区地址是否有效，内存分区地址大小是否一致，内存分区是否至少含有两个内存块，每个内存块是否起码可以容纳一个指针。最后，执行创建内存分区的算法，
7、创建一个内存分区，并返回内存控制块的地址，供系统调用。内存分区创建的算法是：将内存分区首地址加内存块大小得到下一个内存块地址，然后再加内存块大小得到下一个内存块地址，如此循环（内存块数量-1）次，直至最后一个内存块创建完成。在其过程中，通过指针建立内存块的链接表，并将最后一个内存控制块内的指针指向空地址。,6.4内存分区获取,创建之后，形成了一个空闲内存块链表，而给链表由内存控制块MCB来管理。现在就可以申请内存分区了，内存分区获取函数是OSMemGet。应用程序需要从已建立的内存分区中申请一个内存块时，可以调用OSMemGet函数。该函数有两个参数，第一个参数为pmem，也就是前节创建内存分
8、区函数所返回的内存控制块的指针。另一个参数为perr，用于返回函数执行的信心。表6.6分配一个内存块OSMemGet()解析1首先进行参数检查，查看QCB指针是否有效。2判断是否有空闲的内存块，如果没有就设置perr为OS_ERR_MEM_NO_FREE_BLKS，然后返回空指针。3从链表中摘下表头，返回取下的内存块的地址。这样就申请到了内存块。,6.5内存分区释放,内存分区的释放，就是将内存块归还给空闲内存块链表，也可以理解为归还给内存分区。内存分区释放函数是OSMemPut。内存分区释放函数是OSMemPut有两个参数，一个是内存控制块MCB的地址，一个是将释放的内存块的地址。OSMemP
9、ut返回整数型的操作过程的信息号。表6.7释放一个内存块OSMemPut解析1.首先进行参数检查，查看QCB指针是否有效,内存块指针是否有效。2.检查内存块是不是满的，判断条件是是否空闲的块数大于等于最大块数。如果是满的不能释放。这种情况一定是异常引起的。3.将释放的块归还给空闲内存块链表，插入到表头然后返回。从本节的OSMemPut和上节OSMemGet,很明显，实现了内存的动态分配，并且一次分配和释放最小是一个内存块，保证了内存中不会存在很多小的碎片。,6.6查询内存分区的状态,表6.9 查询内存分区状态函数OSMemQuery()解析,6.7内存管理实例,内存管理的核心是内存的动态分配和
10、释放。本例程将首先创建一个内存分区，然后向请求内存分区和释放内存分区。表6.10 内存分区管理例程该例程的流程为：1.创建分区，如果创建失败则给出出错信息，删除本任务。如果创建成功给出成功的提示。2.进入主循环。本任务是一个无限循环结构。每6次循环将require的值取逻辑反，这样6次请求后6次释放。3.根据require的值进行请求或释放，根据返回的结果信息给出提示。4.调用OSMemQuery提取分区信息，打印出来。继续循环。,习题1.论述C/OS-II的内存管理机制。2.请说明内存分区的内存控制块MCB的关系。3.内存管理使用循环队列管理内存块，请说明使用循环队列管理内存块的优点。4.MCB空闲链表是在C/OS-II的什么函数中生成的，画出该函数的流程。5.OSMemCreate创建内存分区，请问创建内存分区的过程中有没有生成新的内存空间？为什么？画出创建内存分区的流程。6.如何获得一个内存分区，在什么情况下不能获得内存分区，如何判断？7.为什么要释放内存分区？如何释放一个内存分区，在什么情况下不能释放内存分区，如何判断？8.编写任务，任务A实现创建两个有任务分区P1和P2,创建后向任务B发消息，任务B接收到消息后，开始向分区P1中写满1,向分区P2中写满2，然后发消息给任务A，任务A接收到消息后将两个分区的内容打印出来。请上机实践。,
