嵌入式操作系统内核原理和开发(最快、最优、最差内存分配算法)
来源:互联网 发布:脑供血不足 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/06/07 16:55
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前面我们说到了基于链表的内存分配算法。但是之前我们也说过,其实内存分配一般有三个原则,最快、最优和最差。最快比较好理解,就是寻找到合适的节点就立即分配内存,我们在前面一篇博客采用的就是这个方法。最优呢,就是寻找可以满足当前内存分配的最小节点,这样不会有很大的浪费,但是有可能会产生碎片节点。最后一种就是最差分配算法,说是最差效果未必最差。因为在大的内存分配的时候至少不会很快产生内存碎片,对整个系统的稳定来说有可能是好事。所以这三种方法很难说哪一种好,哪一种不好,需要结合具体的应用场景客观进行分析。不过话说回来,内存碎片是无论如何都避免不了的。
首先,为了灵活对这三种分配算法进行配置,我们定义了宏开关,需要哪个就把那个开关放开。暂时默认打开的算法的是最快分配算法。
#define MAX_SPEED_MALLOC 1#define MIN_SIZE_MALLOC 0#define MAX_SIZE_MALLOC 0
因为之前已经讨论过最快分配算法,所以这里着重讨论的最优分配算法和最差分配算法。又由于两者的差别极小,所以单独分析其中一种算法也行。就拿最优分配算法来说,为了寻找到最小的节点,我们需要对整个链表进行遍历,这个还是比较消耗时间的。
while(pCur) { if(pCur->size > (size + sizeof(MNG_NODE))) { if(NULL == pFind || pFind->size > pCur->size) { pFind = pCur; } } pPre = pCur; pCur = pCur->next; }
寻找到pFind这个我们需要的节点之后,还需要从pFreeList中删除该节点。所以,我们需要进一步的判断和分析,
if(NULL == pFind) return NULL; pPre = find_previous_node_in_list(pFind, pFreeList); if(NULL == pPre) pFreeList = pFreeList->next; else pPre->next = pFind->next; return pFind;
首先判断pFind前面有没有节点,如果没有表示pFreeList就是pFind,那么pFreeList需要自行向后退缩;当然如果当前的pFind节点是有前节点的,那么只需要把前节点的next指针重新更改一下即可。当然,这里还对原来的查找节点函数作了一下修改,使之更合理更通用。
/************************************************** function: find previous node **************************************************/MNG_NODE* find_previous_node_in_list(MNG_NODE* pNode, MNG_NODE* pList){ MNG_NODE* pFind = pList; MNG_NODE* pPre = NULL; while(pFind && pFind != pNode) { pPre = pFind; pFind = pFind->next; } if(NULL == pFind) return NULL; return pPre;}
上面也只是说了个大概,具体的内容可以参见下面的源代码。既可以在VC上编译,也可以在GCC上面编译,都没有问题。当然,如果本地os没有编译器,可以选择网上在线编译,也是个不错的选择。
/************************************************** malloc & free in link node algorithm**************************************************/#include <string.h>#include <malloc.h>/************************************************** struct definition**************************************************/typedef struct _MNG_NODE{ struct _MNG_NODE* next; unsigned int size;}MNG_NODE;/************************************************** macro declaration**************************************************/#define MAX_SPEED_MALLOC 1#define MIN_SIZE_MALLOC 0#define MAX_SIZE_MALLOC 0#define MEM_BUFFER_LENGTH (0x1 << 24)/************************************************** global variable declaration**************************************************/static void* pGlbData;static MNG_NODE* pFreeList;static MNG_NODE* pAllocList;/************************************************** function declaration**************************************************/MNG_NODE* find_previous_node_in_list(MNG_NODE* pNode, MNG_NODE* pList);/************************************************** function: add node into headlist**************************************************/static void add_node_into_list_head(MNG_NODE* pNode, MNG_NODE** ppList){ pNode->next = *ppList; *ppList = pNode; }#if MAX_SPEED_MALLOC/************************************************** function: find best fit node in max_speed**************************************************/static MNG_NODE* find_best_fit_node(unsigned int size){ MNG_NODE* pFind = pFreeList; MNG_NODE* pPre = pFind; while(pFind && pFind->size < (size + sizeof(MNG_NODE))) { pPre = pFind; pFind = pFind->next; } if(NULL == pFind) return NULL;if(pFreeList == pFind) pFreeList = pFreeList->next; else pPre->next = pFind->next; return pFind;}#endif#if MIN_SIZE_MALLOC/************************************************** function: find best fit node in min size**************************************************/MNG_NODE* find_best_fit_node(unsigned int size){ MNG_NODE* pCur = pFreeList; MNG_NODE* pPre = pCur;MNG_NODE* pFind = NULL; while(pCur) { if(pCur->size > (size + sizeof(MNG_NODE))){ if(NULL == pFind || pFind->size > pCur->size){ pFind = pCur;}} pPre = pCur; pCur = pCur->next; } if(NULL == pFind) return NULL;pPre = find_previous_node_in_list(pFind, pFreeList); if(NULL == pPre) pFreeList = pFreeList->next; else pPre->next = pFind->next; return pFind;}#endif#if MAX_SIZE_MALLOC/************************************************** function: find best fit node in max size**************************************************/MNG_NODE* find_best_fit_node(unsigned int size){ MNG_NODE* pCur = pFreeList; MNG_NODE* pPre = pCur;MNG_NODE* pFind = NULL; while(pCur) { if(pCur->size > (size + sizeof(MNG_NODE))){ if(NULL == pFind || pFind->size < pCur->size){ pFind = pCur;}} pPre = pCur; pCur = pCur->next; } if(NULL == pFind) return NULL;pPre = find_previous_node_in_list(pFind, pFreeList); if(NULL == pPre) pFreeList = pFreeList->next; else pPre->next = pFind->next; return pFind;}#endif/************************************************** function: implement memory allocation**************************************************/static void* _mem_malloc(unsigned int size){ MNG_NODE* pOld; MNG_NODE* pNew; pOld = find_best_fit_node(size); if(NULL == pOld) return NULL; pNew = (MNG_NODE*)((char*)pOld + sizeof(MNG_NODE) + pOld->size - (sizeof(MNG_NODE) + size)); pNew->size = size; pOld->size -= sizeof(MNG_NODE) + size; add_node_into_list_head(pOld, &pFreeList); add_node_into_list_head(pNew, &pAllocList); return (void*)((char*)pNew + sizeof(MNG_NODE));}/************************************************** function: memory allocation**************************************************/void* mem_malloc(unsigned int size){ if(0 == size) return NULL; if(size > (MEM_BUFFER_LENGTH - sizeof(MNG_NODE))) return NULL; return _mem_malloc(size);}/************************************************** function: find previous node **************************************************/MNG_NODE* find_previous_node_in_list(MNG_NODE* pNode, MNG_NODE* pList){ MNG_NODE* pFind = pList; MNG_NODE* pPre = NULL; while(pFind && pFind != pNode) { pPre = pFind; pFind = pFind->next; } if(NULL == pFind) return NULL; return pPre;}/************************************************** function: implement memory free**************************************************/static void _mem_free(MNG_NODE* pNode){ MNG_NODE* pPreNode; if(pNode == pAllocList) { pAllocList = pAllocList->next; add_node_into_list_head(pNode, &pFreeList); return; } pPreNode = find_previous_node_in_list(pNode, pAllocList); if(NULL == pPreNode) return; pPreNode->next = pNode->next; add_node_into_list_head(pNode, &pFreeList); return;}/************************************************** function: free memory function**************************************************/void mem_free(void* pData){ if(NULL == pData) return; if(pData < pGlbData || pData >= (void*)((char*)pGlbData + MEM_BUFFER_LENGTH)) return; _mem_free((MNG_NODE*)((char*)pData - sizeof(MNG_NODE)));}/************************************************** function: get memory buffer**************************************************/void mem_init(){ pGlbData = (void*)malloc(MEM_BUFFER_LENGTH); if(NULL == pGlbData) return; memset(pGlbData, 0, MEM_BUFFER_LENGTH); pFreeList = (MNG_NODE*)pGlbData; pFreeList->size = MEM_BUFFER_LENGTH - sizeof(MNG_NODE); pAllocList = NULL;}/************************************************** function: free memory buffer**************************************************/void mem_exit(){ if(NULL != pGlbData) free(pGlbData); pFreeList = NULL; pAllocList = NULL;}/************************************************** function: file starts here**************************************************/int main(int argc, char* argv[]){ mem_init(); mem_exit(); return 1;}
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