嵌入式操作系统内核原理和开发（固定内存分配算法）

固定内存方式是最简单的方法，也是最容易想到的方法。所谓的固定内存，就是所有分配的内存单元都是一致的。不管你申请的内存大小是多少，它都有一个最小的内存。因此，你申请的内存都会转化为单元内存的倍数。所以，算法会根据申请的内存计算出一个合适的申请内存，

int get_best_fit_size(int size)
{
int bestSize = UNIT_SIZE;
while(bestSize < size && bestSize != MEMORY_SIZE)
{
bestSize <<= 1;
}
if(MEMORY_SIZE == bestSize)
{
return 0;
}
return bestSize;
}

有了合适的内存大小之后，你还需要判断是否有合适的内存。关键就是检查内存flag标记，判断是否存在连续的内存，有的话就分配给你；如果没有，那也没办法。这里为了简单，我们就用了最快分配的原则，找到一个合适的内存就立马返回。

int check_if_buffer_exist(int bufferSize, char* pStart)
{
int number = bufferSize / UNIT_SIZE;
int index;
for(index = 0; index < number; index ++)
{
if(&pStart[index] >= ((char*)pMemAddr + TOTAL_UNIT))
return 0;
if(0 != pStart[index])
return 0;
}
return 1 ;
}

当然分配到了内存之后，我们就需要进行标记，即注明当前内存已经分配了；当然在释放的时候我们还要把这些标记给清除出去。

void set_memory_used_flag(int bufferSize, char* pData, char flag)
{
int offset = (pData - (char*)pMemAddr - TOTAL_UNIT - MEM_SIZE_UNIT) / UNIT_SIZE;
int index;
for(index = 0; index < (bufferSize / UNIT_SIZE); index ++)
{
((char*) pMemAddr + offset )[index] = flag;
}
}

有了所有的这些条件，其实我们就可以有一个基本的内存分配函数了。下面我们会给出一个完整的内存分配案例，内存的空间内容是这样安排的：（1）内存标志；（2）内存大小标记；（3）内存空间。其实（1）和（2）事实上都是管理内存的内容，但是也是必须分配的部分。打个比方来说，我们知道国家是需要向公民收税的，但是收的税不可能全部进国库。因为收税本身是有成本的，你必须把这一部分钱提前拿出来。

/*******************************************************
*           memory alloc & free file
********************************************************/
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <string.h>
/*******************************************************
*              macro definition
********************************************************/
#define MEMORY_SIZE    (0x1 << 24)
#define UNIT_SIZE      (0x1 << 12)
#define TOTAL_UNIT     (MEMORY_SIZE / UNIT_SIZE)
#define MEM_SIZE_UNIT  (TOTAL_UNIT << 2)
/*******************************************************
*           global data definition
********************************************************/
static void* pMemAddr;
/*******************************************************
* function: initial memory module function
********************************************************/
void memory_init()
{
int index;
/* alloca memory */
pMemAddr = (void*)malloc(MEMORY_SIZE);
if(NULL == pMemAddr)
return;
/* initial global data */
memset(pMemAddr, 0, MEMORY_SIZE);
/* set mng memory flag */
for(index = 0; index < ((TOTAL_UNIT + UNIT_SIZE - 1 ) / UNIT_SIZE) ; index++)
*((char*)pMemAddr + index) = 1;
}
/*******************************************************
* function: find best size for the memory
********************************************************/
int get_best_fit_size(int size)
{
int bestSize = UNIT_SIZE;
while(bestSize < size && bestSize != MEMORY_SIZE)
{
bestSize <<= 1;
}
if(MEMORY_SIZE == bestSize)
{
return 0;
}
return bestSize;
}
/*******************************************************
* function: check if buffer still exists
********************************************************/
int check_if_buffer_exist(int bufferSize, char* pStart)
{
int number = bufferSize / UNIT_SIZE;
int index;
for(index = 0; index < number; index ++)
{
if(&pStart[index] >= ((char*)pMemAddr + TOTAL_UNIT))
return 0;
if(0 != pStart[index])
return 0;
}
return 1 ;
}
/*******************************************************
* function: process memory allocation
********************************************************/
char* _mem_malloc(int bufferSize)
{
int index;
for(index = 0; index < TOTAL_UNIT; index ++)
{
if(check_if_buffer_exist(bufferSize, (char*)pMemAddr + index))
break;
}
if(TOTAL_UNIT == index)
return NULL;
return (char*)pMemAddr + TOTAL_UNIT + MEM_SIZE_UNIT + UNIT_SIZE * index;
}
/*******************************************************
* function: set the applied memory size
********************************************************/
void set_memory_size(int bufferSize, char* pData)
{
int offset = (pData - (char*)pMemAddr - TOTAL_UNIT - MEM_SIZE_UNIT) / UNIT_SIZE;
int number = bufferSize / UNIT_SIZE;
((int*)((char*) pMemAddr + TOTAL_UNIT ))[offset] = number;
}
/*******************************************************
* function: get the applied memory size from address
********************************************************/
int get_memory_size(char* pData)
{
int offset = (pData - (char*)pMemAddr - TOTAL_UNIT - MEM_SIZE_UNIT) / UNIT_SIZE;
return  ((int*)((char*) pMemAddr + TOTAL_UNIT))[offset];
}
/*******************************************************
* function: set memory used flag
********************************************************/
void set_memory_used_flag(int number, char* pData, char flag)
{
int offset = (pData - (char*)pMemAddr - TOTAL_UNIT - MEM_SIZE_UNIT) / UNIT_SIZE;
int index;
for(index = 0; index < number; index ++)
{
((char*) pMemAddr + offset )[index] = flag;
}
}
/*******************************************************
* function: allocate memory from buffer
********************************************************/
void* mem_malloc(int size)
{
int bufferSize;
char* pData;
if(0 == size)
return NULL;
bufferSize = get_best_fit_size(size);
if(0 == bufferSize)
return NULL;
if(NULL == (pData = _mem_malloc(bufferSize)))
return NULL;
set_memory_used_flag(bufferSize / UNIT_SIZE, pData, 1);
set_memory_size(bufferSize, pData);
return (void*)pData;
}
/*******************************************************
* function: free memory to buffer
********************************************************/
void mem_free(char* pData)
{
int number;
if(NULL == pData)
return;
if(pData >= (char*) pMemAddr && pData < ((char*) pMemAddr + TOTAL_UNIT + MEM_SIZE_UNIT))
return;
if(0 == (number = get_memory_size(pData))) return;
set_memory_size(0, pData);
set_memory_used_flag(number, pData, 0);
}
/*******************************************************
* function: free all memory
********************************************************/
void memory_exit()
{
free(pMemAddr);
}
/*******************************************************
* function: file entry starts here
********************************************************/
int main(int argc, char* argv[])
{
memory_init();
memory_exit();
return 1;
}

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