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在單片機芯片上，如果不考慮出廠固化的 ROM 空間的話，通常開發(fā)者能接觸到的存儲空間主要分兩種：掉電可保存數據的片內 FLASH 和掉電不可保存數據的片內 RAM。

片內 RAM（通常理解為內存）的訪問速度比較快，可以按照變量地址隨機訪問，但斷電后數據丟失。片內 FLASH（通常理解為硬盤）所保存的內容比較固定，主要用來保存程序本身的數據內容，保存的內容斷電不丟失。

對于單片機的片內 RAM 內存，主要有堆和棧之分，本章的內存管理，主要是基于堆內存管理進行開展的，在 RT-Thread 中，有兩種堆內存管理方式：動態(tài)內存堆管理和靜態(tài)內存池管理。

關于 RT-Thread 內存管理相關的內容，官方提供了比較豐富的文檔作為參考，具體可以查看以下鏈接：

https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/memory/memory/

本文嘗試從以下幾個方面總結一下 RT-Thread 內存管理的學習過程

內存管理相關介紹

在運行操作系統(tǒng)的單片機上面，代碼和變量會占用一部分固定的內存開銷，操作系統(tǒng)在初始化的時候，會去除掉這部分已經占用的內存，把剩下的閑置內存納入到系統(tǒng)堆里面進行統(tǒng)一管理，不管是動態(tài)堆內存，還是靜態(tài)內存池，都是使用這部分閑置空間的。

由于在實時操作系統(tǒng)里面對時間的要求十分嚴格，為了保證內存分配的時候不影響系統(tǒng)的實時性，就需要確保分配內存的時間是確定并可控的；并且在內存分配達到一定次數后，就不可避免地產生內存碎片；與此同時，嵌入式設備的內存資源相對有限，有些系統(tǒng)只有幾十 KB 內存，而有些系統(tǒng)則有幾十 MB。

所以，為了解決以上內存分配可能出現(xiàn)的問題，需要使用一些內存管理算法來進行這些內存分配管理，RT-Thread 提供了兩種內存管理方式，分別是：動態(tài)內存堆管理和靜態(tài)內存池管理。

動態(tài)內存堆管理

內存堆管理分配主要用于系統(tǒng)動態(tài)分配內存的場合，比如，我們使用動態(tài)方式創(chuàng)建某些內核對象（如消息隊列，郵箱，信號量，等等）的時候，所使用到的內存空間就是動態(tài)內存堆。動態(tài)內存堆的意思是，要用多少，系統(tǒng)就分配多少給你，不用的時候，就要進行釋放，還給系統(tǒng)再進行統(tǒng)一管理。

關于動態(tài)內存堆的管理，主要有三種算法：小內存分配算法，slab 算法，memheap 算法。關于這三種管理算法的實現(xiàn)原理介紹，RT-Thread 官方已經給出了比較詳細的解釋，這里不再重復論述。

需要注意的是，這三種內存管理算法，我們只能通過 menuconfig 來配置系統(tǒng)內核，選擇其中一種內存管理方法，對于用戶的應用程序接口而言，這三種算法是透明的，也就是說提供給用戶的內存管理接口是相同的，只是算法的實現(xiàn)原理不同。

關于動態(tài)堆內存管理，操作系統(tǒng)提供了以下 API 接口函數，如下圖所示。

靜態(tài)內存池管理

在使用動態(tài)內存堆管理系統(tǒng)內存的時候，這種方式非常靈活和方便，想用內存的時候就向系統(tǒng)申請分配，不用的時候就釋放還給系統(tǒng)，但這種方式也存在一定的弊端。

主要是向系統(tǒng)申請內存的時候，都要遍歷一次空閑內存的鏈表，查找可用的內存塊，然后再分配給用戶，而且這種方式不可避免地會產生內存碎片，所以這種內存管理方式的效率不是很高。這是一種“用時間換空間”的內存管理方式。

為了提高內存的分配效率，RT-Thread 提供了靜態(tài)內存池管理的方式。靜態(tài)內存池就是系統(tǒng)把自身管理的內存預先劃分為多個固定大小的內存塊，當用戶需要申請內存的時候，就從這些固定大小的內存塊里面申請。

靜態(tài)內存池管理的方式，還支持線程掛起操作，當系統(tǒng)沒有內存塊可用時，線程就會掛起等待，直到能申請到可用的內存塊，這種特性可以用做線程間同步。

關于靜態(tài)內存池的工作機制，如下圖所示。

RT-Thread 提供了以下 API 函數接口，用于靜態(tài)內存池管理。

內存堆和內存池的應用示例

內存管理相關的應用示例，主要是為了驗證動態(tài)內存堆管理和靜態(tài)內存池管理相關的 API 函數接口，這里包含兩個示例，分別是內存堆管理示例和內存池管理示例。

示例源碼下載鏈接：

https://github.com/embediot/rtthread_study_notes

https://gitee.com/embediot/rtthread_study_notes

內存堆管理示例會創(chuàng)建一個動態(tài)的線程，這個線程會動態(tài)申請內存并釋放，每次申請更大的內存，當申請不到的時候就結束。例程中分配內存成功并打印信息；當試圖申請 65536 byte 即 64KB 內存時，由于開發(fā)板的單片機 RAM 總大小只有 64K，而可用 RAM 小于 64K，所以分配失敗。

內存池管理示例會創(chuàng)建一個靜態(tài)的內存池對象，2 個動態(tài)線程。一個線程會試圖從內存池中獲得內存塊，另一個線程釋放內存塊內存塊?？偣渤跏蓟?4096 /(80+4) = 48 個內存塊。

1、線程 1 申請了 48 個內存塊之后，此時內存塊已經被用完，需要其他地方釋放才能再次申請；但此時，線程 1 以一直等待的方式又申請了 1 個，由于無法分配，所以線程 1 掛起；

2、線程 2 開始執(zhí)行釋放內存的操作；當線程 2 釋放一個內存塊的時候，就有一個內存塊空閑出來，喚醒線程 1 申請內存，申請成功后再申請，線程 1 又掛起，再循環(huán)一次步驟 2；

3、線程 2 繼續(xù)釋放剩余的內存塊，釋放完畢。

在 memory_test.h 頭文件里面，通過打開相應的宏定義開關，重新編譯工程源碼，下載到開發(fā)板即可驗證實驗現(xiàn)象，如下圖所示。