CN101140531A - 快速申请内存的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种快速申请内存的方法，该方法包括以下步骤：步骤S102，在***上电进行初始化时，划分内存池并创建相应的管理结构；步骤S104，根据所划分的内存池创建内存池索引表；以及步骤S106，根据所划分的内存池和内存池索引表来申请内存。通过本发明，实现了快速定位应用申请的内存块所属的内存池，从而有效避免了因循环搜索内存池而带来的时延。
Description
技术领域
本发明涉及计算机操作***的内存管理领域，尤其涉及对实时性能要求比较高的嵌入式操作***的内存管理。
背景技术
在嵌入式操作***领域，内存资源通常都比较宝贵。然而，由于应用频繁地申请和释放内存，使得造成了大量的内存碎片，所以要充分利用内存资源就必须减少内存碎片。
为了减少内存碎片，目前比较普遍的做法是对***内存进行内存池划分。该方法首先申请一块大内存，并将之划分为若干个区，然后又将每个区细分为同等大小的若干内存块，每个区内的内存块大小不同。这里所说的区就是内存池。
在申请内存时，根据应用所申请的内存大小搜索各个内存池，找到所含内存块大小刚好大于等于所申请内存大小的内存池，从中分配一块空闲内存块返回给申请者，并置有关的标志位，若无空闲内存块就返回失败。
在释放内存时，根据应用提供的内存块指针直接找到内存块及其所属内存池，并置有关标志位。
这种方法通常都存在以下缺点：在应用需要申请内存时，往往需要根据所申请内存的大小搜索各内存池，从中找到大小合适的内存块，搜索内存池的过程通常是一个循环，由于循环语句执行效率比较低，所以这种方法在一定程度上会影响到***的性能，即使是用了比较好的搜索算法效率还是不高，并且实现复杂。特别是在对实时性要求比较高的通信***中，需要频繁的申请内存块来收发消息，效率低下的申请方法肯定会影响到话务的吞吐量。
因此，在内存池管理机制中，需要一种能够提高内存申请效率的方法。
发明内容
本发明提供了一种快速申请内存的方法，该方法包括以下步骤：步骤S102，在***上电进行初始化时，划分内存池并创建相应的管理结构；步骤S104，根据所划分的内存池创建内存池索引表；以及步骤S106，根据所划分的内存池和内存池索引表来申请内存。
此外，步骤S102还包括以下处理：在***上电进行初始化时，将所申请的大块内存划分为多个内存池，以及将每个内存池分为多个内存块；***为每个内存池创建一个控制域；以及将每个内存池中的空闲内存块组成一个空闲内存块链表。
其中，每个内存池中的多个内存块的大小相同，不同内存池中的内存块的大小不同，并且不同内存池中的内存块的大小满足k×2n，其中，n和k为自然数。
***为每个内存块创建一个信息头，信息头位于内存块的前面，用于记录内存块的信息，其中，信息头包括内存块所在内存池的控制域指针以及作为空闲内存块时在空闲内存块链表中的下一个空闲内存块的信息头指针。
控制域用于管理内存池中的内存块，控制域包括关于所在内存池所包含的内存块的大小、所在内存池所包含的内存块的个数、所在内存池所包含的空闲内存块的数量、所在内存池中空闲内存块链表的头指针、以及所在内存池中空闲内存块链表的尾指针的信息。
当应用申请内存时，从空闲内存块链表的开头开始分配内存块，并将控制域中的空闲内存块链表的头指针修改为下一个空闲内存块指针；释放内存时将新***的内存块指针追加到空闲内存块链表尾部，并将控制域中的空闲内存块链表的尾指针修改为新***的内存块指针。
优选地，内存池索引表是一维数组，数组中的各个数组元素为控制域指针。其中，在该数组中，数组下标index和数组元素element的对应关系为：element＝f((index+1)×2n)。这里，函数f(x)表示申请大小为x的内存块所属的内存池的控制域指针。
另外，步骤S106还包括以下处理：根据预定运算得到所要申请的内存池的控制域指针；以及根据控制域指针中记录的信息判断是否存在可分配的内存块，如果有则返回控制域中记录的空闲内存链表的头指针所指的内存块，并将头指针修改为下一个内存块指针，如果没有则返回失败消息。
其中，预定运算为：将需要申请的内存大小右移n位，将移位后获得的数组作为内存池索引表的数组的下标，然后根据下标获得所要申请的内存池的控制域指针。
通过本发明的，可以解决内存池管理机制中内存申请效率低的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是示出根据本发明的快速申请内存的方法的流程图；
图2是示出根据本发明实施例的内存池结构的示意图；
图3是示出根据本发明实施例的索引表结构的示意图；以及
图4是示出根据本发明实施例的申请内存的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
下面，将结合附图描述本发明。
图1是示出根据本发明的快速申请内存的方法的流程图。
参照图1，该方法包括以下步骤：步骤S102，在***上电进行初始化时，划分内存池并创建相应的管理结构；步骤S104，根据所划分的内存池创建内存池索引表；以及步骤S106，根据所划分的内存池和内存池索引表来申请内存。
此外，步骤S102还包括以下处理：在***上电进行初始化时，将所申请的大块内存划分为多个内存池，以及将每个内存池分为多个内存块；***为每个内存池创建一个控制域；以及将每个内存池中的空闲内存块组成一个空闲内存块链表。
其中，每个内存池中的多个内存块的大小相同，不同内存池中的内存块的大小不同，并且不同内存池中的内存块的大小满足k×2n，其中，n和k为自然数。
***为每个内存块创建一个信息头，信息头位于内存块的前面，用于记录内存块的信息，其中，信息头包括内存块所在内存池的控制域指针以及作为空闲内存块时在空闲内存块链表中的下一个空闲内存块的信息头指针。
控制域用于管理内存池中的内存块，控制域包括关于所在内存池所包含的内存块的大小、所在内存池所包含的内存块的个数、所在内存池所包含的空闲内存块的数量、所在内存池中空闲内存块链表的头指针、以及所在内存池中空闲内存块链表的尾指针的信息。
当应用申请内存时，从空闲内存块链表的开头开始分配内存块，并将控制域中的空闲内存块链表的头指针修改为下一个空闲内存块指针；释放内存时将新***的内存块指针追加到空闲内存块链表尾部，并将控制域中的空闲内存块链表的尾指针修改为新***的内存块指针。。
优选地，内存池索引表是一维数组，数组中的各个数组元素为控制域指针。其中，在该数组中，数组下标index和数组元素element的对应关系为：element＝f((index+1)×2n)。这里，函数f(x)表示申请大小为x的内存块所属的内存池的控制域指针。
另外，步骤S106还包括以下处理：根据预定运算得到所要申请的内存池的控制域指针；以及根据控制域指针中记录的信息判断是否存在可分配的内存块，如果有则返回控制域中记录的空闲内存链表的头指针所指的内存块，并将头指针修改为下一个内存块指针，如果没有则返回失败消息。
其中，预定运算为：将需要申请的内存大小右移n位，将移位后获得的数组作为内存池索引表的数组的下标，然后根据下标获得所要申请的内存池的控制域指针。
下面，结合图2至图4详细描述本发明的实施例。
在***上电进行初始化时，在内存初始化部分申请大块内存，并将之划分成若干个内存池。每个内存池中又包含若干个同等大小内存块，不同内存池中所包含的内存块大小(size)不同，但都要符合一定的要求：
size＝k×2n
这里，变量k和n是自然数，变量k用于体现不同内存池中包含的内存块大小不同。n的取值根据应用需求而定，在通信***中，通常选6比较合适(即：不同内存池中内存块的大小都必须是64的倍数)。
内存池的结构如图2所示，如图所示，在本实施例中划分了8个内存池，每个内存池中内存块的字节数分别为：64，128，256，512，1K，2K，4K，8K。由此可见，在本实施例中，n取值为6，k的取值分别为1，2，4，8，16，32，64，128。
如图2所示，在划分内存块时，***同时给每个内存块创建一个信息头(head)，其位于内存块的前面，用于记录内存块的信息，其中包括的内容有：本内存池的PoolMgt指针；以及作为空闲内存块时在本内存池中空闲内存块链表中的下一个空闲内存块的head指针。
然后，***给每个内存池创建一个控制域(PoolMgt)，其用于管理内存池中的内存块，其中包括的信息有：本内存池所含内存块的大小；本内存池所含内存块的个数；本内存池空闲内存块的数量；本内存池空闲内存块链表的头指针；以及本内存池空闲内存块链表的尾指针。
接着，将内存池中的空闲内存块组成一个链表。申请内存时就从链表头分配内存块，并修改PoolMgt中的链表的头指针为下一空闲内存块；释放内存时就追加到链表尾，并修改PoolMgt中的链表的尾指针为新***的内存块指针。
随后，根据所划分的内存池创建内存池索引表。这里，索引表是一个一维数组，数组中各元素存放的是PoolMgt指针。数组下标(Index)和数组元素(element)的对应关系为：
element＝f((Index+1)×2n)；
其中，函数f(x)表示申请大小为x的内存块所属的内存池的PoolMgt指针。
在本实施例中，n取值为6，则2n就是64。由于本实施例中最大的内存块为8K(64×128)，则索引表的长度就是128。在图3中示出了本实施例的索引表。
图4是示出根据本发明实施例的申请内存的流程图。在应用申请内存块时，先把应用申请的内存大小右移n位，再把移位后获得的数值作为内存池索引数组的下标，然后获取索引数组相应元素的数值，该数值就是应用要申请的内存块所属的内存池的PoolMgt指针。
在本实施例中，n的取值为6，如果应用申请的内存为100个字节，那么先把100右移6位得到一个temp值为1，再把1作为索引数组的下标，获得的Ptr指向PoolMgt2，即，第二个内存池的PoolMgt指针。
根据PoolMgt2中记录的本内存池空闲内存块的数量判断是否存在可分配的空闲内存块，如果没有则返回失败，否则返回PoolMgt2中记录的本内存池的空闲内存块链表的头指针所指的内存块，并更新该头指针为其在空闲链表中的下一个内存块。
由此可见，本发明通过巧妙地划分内存池大小，并结合快捷的索引技术和移位技巧，实现快速定位应用申请的内存块所属的内存池，从而有效避免了因循环搜索内存池而带来的时延。本发明简单高效，在对实时性要求比较高的嵌入式操作***中有很高的应用价值。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种快速申请内存的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S102，在***上电进行初始化时，划分内存池并创建相应的管理结构；
步骤S104，根据所划分的内存池创建内存池索引表；以及
步骤S106，根据所划分的内存池和所述内存池索引表来申请内存。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S102还包括以下处理：
在所述***上电进行初始化时，将所申请的大块内存划分为多个内存池，以及将每个内存池分为多个内存块；
所述***为每个内存池创建一个控制域；以及
将每个内存池中的空闲内存块组成一个空闲内存块链表。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每个内存池中的多个内存块的大小相同，不同内存池中的内存块的大小不同，并且不同内存池中的内存块的大小满足k×2n，其中，n和k为自然数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述***为每个内存块创建一个信息头，所述信息头位于所述内存块的前面，用于记录所述内存块的信息，其中，所述信息头包括所述内存块所在内存池的控制域指针以及作为空闲内存块时在所述空闲内存块链表中的下一个空闲内存块的信息头指针。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制域用于管理内存池中的内存块，所述控制域包含的信息有：本内存池所包含的内存块的大小、所在内存池所包含的内存块的个数、所在内存池所包含的空闲内存块的数量、所在内存池中空闲内存块链表的头指针、以及所在内存池中空闲内存块链表的尾指针。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当应用申请内存时，从所述空闲内存块链表的开头开始分配内存块，并将所述控制域中的所述空闲内存块链表的头指针修改为下一个空闲内存块指针；释放内存时将新***的内存块指针追加到所述空闲内存块链表的尾部，并将所述控制域中的所述空闲内存块链表的尾指针修改为所述新***的内存块指针。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内存池索引表是一维数组，所述数组中的各个数组元素为控制域指针。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述数组中，数组下标index和数组元素element的对应关系为：
element＝f((index+1)×2n)
函数f(x)表示申请大小为x的内存块所属的内存池的控制域指针。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S106还包括以下处理：
根据预定运算得到所要申请的内存池的控制域指针；以及
根据所述控制域指针中记录的信息判断是否存在可分配的内存块，如果有则返回所述控制域中记录的空闲内存链表的头指针所指的内存块，并将所述头指针修改为下一个内存块指针，如果没有则返回失败消息。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预定运算为：
将需要申请的内存大小右移n位，将移位后获得的数组作为所述内存池索引表的数组的下标，然后根据所述下标获得所要申请的内存池的所述控制域指针。
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