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http://blog.csdn.net/wbwwf8685/article/details/51897461 2016 摘要 在一些场景下，应用需要频繁的申请和释放一个或多个大小相同的内存（例如长时间传输固定大小的数据块），这时候如果调用的是普通的malloc和free函数，效率就相对较低，且分配和释放的次数多，会容易导致内存碎片，增加系统对堆内存管理的负担。 针对这一需求，Nucleus提供了一种非常高效的内存池方案，称为partition memory。它可以快速的提供给用户固定大小的内存，也避免了内存碎片的问题。 本文对该partitionmemory机制的实现细节进行剖析，并在结尾处提出了一点优化的建议。
数据结构分析
PM_PCB是patition内存池的主要管理结构，其定义如下： (为专注于内存管理本身，本文去掉了一些和Nucleus任务suspend和resume的一些数据和代码细节。如果内存池已用尽，可以把task suspend住) typedef struct PM_PCB_STRUCT { VOID *pm_start_address; /* 内存池起始地址 */ UNSIGNED pm_pool_size; /* 内存池总大小 */ UNSIGNED pm_partition_size; /* 每个partition的大小 */ UNSIGNED pm_available; /* 待分配的partition个数 */ UNSIGNED pm_allocated; /* 已分配的partitions个数 */ struct PM_HEADER_STRUCT pm_available_list; /* 待分配的partition链表 */ } PM_PCB;
PM_HEADER是每个patition的头部，它的定义如下： typedef struct PM_HEADER_STRUCT { struct PM_HEADER_STRUCT *pm_next_available; /* 指向下一个待分配的 partition */ PM_PCB *pm_partition_pool; /*回指向PM_PCB结构 */ } PM_HEADER; 简单来说，partition memory机制就是一个PM_PCB结构和其管理的一条PM_HEADER链表之间发生的故事。
Partition_Pool的建立
Partition_Pool的建立一般在其创建时就会一次性完成。它需要一个较大的内存段作为内存池的“堆”，一般是以全局数组的形式。这里以一个具体的例子来进行解析。整个内存池是大小是1024字节，每个固定的大小的partition大小是64字节 char g_Pool_64_byte[1024]; 第一步，对PM_PCB的各数据段作初始化，如下所示 typedef struct PM_PCB_STRUCT { VOID *pm_start_address; /* 指向g_Pool_64_byte首地址 */ UNSIGNED pm_pool_size; /* 1024 */ UNSIGNED pm_partition_size; /*64 */ UNSIGNED pm_available; /* 0 */ UNSIGNED pm_allocated; /* 0 */ struct PM_HEADER_STRUCT pm_available_list; /* 指向 NULL*/ } PM_PCB; 紧接着，重头戏来了，就是对于内存的划分。这是一个循环的过程，先看第一个partition划分处理之后的样子  一个完整的partition需要64+8个字节，其中64就是图中标注棕色的区域，它的真正返回给用户使用的内存块；而这里的8字节就是sizeof(struct PM_HEADER)。它包含两个指针pm_next_available指向下一个可分配的partition，此时只有一个，故其指向NULL；pm_partition_pool回指向PM_PCB结构，在释放内存的时候使用，后面会详说。PM_PCB结构的pm_start_address和pm_available_list都指向g_Pool_64_byte的首地址。 再看第二个partition划分开来的样子 
从第二个partition开始，单链表的雏形就可以看出来了。第二个内存块的pm_next_available指向前一次划分好的partition，PM_PCB结构的pm_available_list指向第二个partition的首地址。同时pm_available字段增加到了2。 下面一张图描绘了所有所有partition划分完毕后的情形，每个partition的pm_next_available都指向前一次划分好的partition首地址，PM_PCB结构的pm_available_list指向最后一个partition的首地址。同时pm_available字段增加到了14。 
由于每个partition实际占用的内存大小是64+8=72.所以这一整块1024的堆被切割划分为了14块之后总共用去了72*14=1008，最后剩下的16个字节内存块怎么办？答案很简单，就是只能浪费不用了。这里也就同时要求了应用程序开发人员最好能对partition memory内部的实现机制能用一定的了解，至少知道在定义全局堆数组时，应该定义的大小是72的整数倍而不是64的整数倍。
内存的分配 做一个内存池，最终目的当然还是给应用程序提供内存。有了前面已建立完整的partition pool，分配和释放内存其实就是标准的单链表摘链和挂链的操作。直接以图的形势来表达，更清楚。
分配内存的过程其实就是链表节点摘链和操作pm_available_list，将它当前指向的partition的可用内存块（即图中的绿色区域）的首地址返回给用户，同时移动到它的pm_next_available。pm_available字段减少到了13。pm_allocated字段增加1
内存的释放
按顺序的申请和释放非常简单，这里就不再赘述了。这里以一个稍微有点特殊的例子来演示内存释放的过程。假设当前第1、2、3块partition已被分配，现在用户释放了第2块partition。是怎样一个过程？ 如下图所示，左边是第1、2、3块partition已被分配，此时pm_available_list指向第4个partition.而右边图示，如果第2块被释放，则pm_available_list指向第2块，第二块的pm_next_available指向第4块partition 
这个内存池设计是否有优化的空间
在这个分析的过程中，每个partition都保留了这个字段回指向PM_PCB结构，但是可能有的朋友已经注意到了，没看到PM_HEADER的pm_partition_pool指针用在哪里。那它存在的意义是什么呢？就是在释放内存时，可以少传一个参数，Nucleus里，释放partition的函数原型如下： STATUS PMC_Deallocate_Partition(VOID *partition) 该函数内部实现可以根据这个partition指针去找到PM_HEADER结构，再通过pm_partition_pool找到对应的PM_PCB结构以进行后续的操作。 楼主以为，这是有些浪费的设计，每个partition里的pm_partition_pool指针所占的4字节完全可以节省下来。 只要在PMC_Deallocate_Partition的入参里加入pm_partition_pool的地址就可以了。也不用担心用户是否会拿不到该pool的指针，因为内存使用的一项重要规则就是“谁申请，谁释放”，在申请的时候用户就必须拥有该结构，在释放的时候自然也会有。申请内存函数原型如下： PMC_Allocate_Partition(NU_PARTITION_POOL*pool_ptr,VOID **return_pointer); 如果能把每个partition的4字节都节省下来，那么在本文的例子里，每块partition的大小就变成了64+4,可以使用的总块数就增加了一块 68 * 15 = 1020 Over |
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