嵌入式操作系统内核原理跟开发（最快、最优、最差内存分配算法）

2012-08-02

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）

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   0#define MIN_SIZE_MALLOC    0#define MAX_SIZE_MALLOC    1

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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