嵌入式操作系统内核原理和开发(等值block内存池设计)
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内存池设计是嵌入式系统的一个重要环节,之前我们也讨论过相关的内容。但是,看了rawos的代码之后,我觉得rawos的内存池设计更有特点。整个内存池的设计非常健壮,不但考虑了字节对齐的问题,而且还引入了等待调度机制,这是我所没有想到的。所以,在此我很愿意和大家分享这份优秀的代码。闲话不多说,我们看看rawos的mempool数据结构是什么样的,
typedef struct MEM_POOL{RAW_COMMON_BLOCK_OBJECT common_block_obj;/* Define the number of available memory blocks in the pool. */RAW_U32 raw_block_pool_available;/* Define the head pointer of the available block pool. */RAW_U8 *raw_block_pool_available_list;} MEM_POOL;
内存池的结构非常简单,主要包括了通用阻塞结构、block数值,block起始指针。内存池下面可以包括若干个block,每个block的大小都是相等的,同时block之间是通过链表串联在一起的,这个我们看了后面的代码就明白了。mempool的处理函数不多,就三个,初始化、申请、释放函数。
RAW_U16 raw_block_pool_create(MEM_POOL *pool_ptr, RAW_U8 *name_ptr, RAW_U32 block_size, RAW_VOID *pool_start, RAW_U32 pool_size){//MEM_POOL *tail_ptr; /* Working block pool pointer */RAW_U32 blocks; /* Number of blocks in pool */RAW_U8 *block_ptr; /* Working block pointer */RAW_U8 *next_block_ptr; /* Next block pointer */RAW_U8 *end_of_pool; /* End of pool area */RAW_U8 block_align_mask;#if (RAW_BLOCK_FUNCTION_CHECK > 0)/* Check for invalid pool size. */if (pool_size < (block_size + block_size) ) {return RAW_BLOCK_SIZE_ERROR;}if (pool_ptr == 0) {return RAW_NULL_OBJECT;}if (pool_start == 0) {return RAW_NULL_POINTER;}#endifblock_align_mask = sizeof(void *) - 1u;if (((RAW_U32)pool_start & block_align_mask)){ return RAW_INVALID_ALIGN;}if ((pool_size & block_align_mask)) { return RAW_INVALID_ALIGN;}if ((block_size & block_align_mask)) { return RAW_INVALID_ALIGN;}/*Init the list*/list_init(&pool_ptr->common_block_obj.block_list);/* Setup the basic block pool fields. */pool_ptr ->common_block_obj.name = name_ptr;pool_ptr ->common_block_obj.block_way = 0;/* Calculate the end of the pool's memory area. */end_of_pool = (RAW_U8 *) pool_start + pool_size;/* Walk through the pool area, setting up the available block list. */blocks = 0;block_ptr = (RAW_U8 *) pool_start;next_block_ptr = block_ptr + block_size;while (next_block_ptr <= end_of_pool) {blocks++;if (next_block_ptr == end_of_pool) {break;}/* Setup the link to the next block. */*((RAW_U8 * *) block_ptr) = next_block_ptr;/* Advance to the next block. */block_ptr = next_block_ptr;/* Update the next block pointer. */next_block_ptr = block_ptr + block_size;}/* Set the last block's forward pointer to NULL. */*((RAW_U8 * *) block_ptr) = 0;/* Save the remaining information in the pool control block. */pool_ptr ->raw_block_pool_available = blocks;pool_ptr ->raw_block_pool_available_list = (RAW_U8 *) pool_start;return RAW_SUCCESS;}
上面就是内存池的创建函数,入参共有五个参数,分别是mempool结构、名称、block大小、pool起始地址、pool大小。函数基本内容如下所示,
(1)判断内存池、指针参数合法性;
(2)检验指针是否n字节对齐,n取决于地址的大小;
(3)构建block链表,前后相连,最后一个block指向NULL指针;
(4)将pool首地址赋值给raw_block_pool_available_list,函数返回。
RAW_U16 raw_block_allocate(MEM_POOL *pool_ptr, RAW_VOID **block_ptr, RAW_U32 wait_option){RAW_U16 status; RAW_U8 *work_ptr; RAW_SR_ALLOC();#if (RAW_BLOCK_FUNCTION_CHECK > 0)if (pool_ptr == 0) {return RAW_NULL_OBJECT;}if (block_ptr == 0) {return RAW_NULL_POINTER;}if (raw_int_nesting) {if (wait_option != RAW_NO_WAIT) {return RAW_NOT_CALLED_BY_ISR;}}#endifRAW_CRITICAL_ENTER();/* Determine if there is an available block. */if (pool_ptr ->raw_block_pool_available) {/* Yes, a block is available. Decrement the available count. */pool_ptr ->raw_block_pool_available--;/* Pickup the current block pointer. */work_ptr = pool_ptr ->raw_block_pool_available_list;/* Return the first available block to the caller. */*((RAW_U8 **)block_ptr) = work_ptr;/* Modify the available list to point at the next block in the pool. */pool_ptr ->raw_block_pool_available_list = *((RAW_U8 **)work_ptr);/* Set status to success. */status = RAW_SUCCESS;}/*if no block memory is available then do it depend wait_option*/else { if (wait_option == RAW_NO_WAIT) { *((RAW_U8 **)block_ptr) = 0;RAW_CRITICAL_EXIT();return RAW_NO_PEND_WAIT;} /*system is locked so task can not be blocked just return immediately*/if (raw_sched_lock) { *((RAW_U8 **)block_ptr) = 0;RAW_CRITICAL_EXIT(); return RAW_SCHED_DISABLE; }raw_pend_object(&pool_ptr->common_block_obj, raw_task_active, wait_option);RAW_CRITICAL_EXIT();raw_sched(); RAW_CRITICAL_ENTER();*((RAW_U8 **)block_ptr) = 0;status = block_state_post_process(raw_task_active, block_ptr);RAW_CRITICAL_EXIT(); }return status;}
和其他的内存池申请函数不一样,这里有一个wait_option选项。也就是说,如果当前没有合适的block,那么你可以选择等待处理。一旦别的线程释放内存,你就可以得到调度继续运行了。当然你也可以不等待,一旦寻找不到合适的block,立即返回为NULL。
RAW_U16 raw_block_release(MEM_POOL *pool_ptr, RAW_VOID *block_ptr){LIST *block_list_head;RAW_U8 *work_ptr; /* Working block pointer */RAW_U8 need_schedule = 0;RAW_SR_ALLOC();#if (RAW_BLOCK_FUNCTION_CHECK > 0)if (block_ptr == 0) {return RAW_NULL_OBJECT;}if (pool_ptr == 0) {return RAW_NULL_OBJECT;}#endifblock_list_head = &pool_ptr->common_block_obj.block_list;RAW_CRITICAL_ENTER();work_ptr = ((RAW_U8 *) block_ptr);if (is_list_empty(block_list_head)) { /* Put the block back in the available list. */*((RAW_U8 **) work_ptr) = pool_ptr ->raw_block_pool_available_list;/* Adjust the head pointer. */pool_ptr ->raw_block_pool_available_list = work_ptr; /* Increment the count of available blocks. */pool_ptr ->raw_block_pool_available++;}else {need_schedule = 1;wake_send_msg(list_entry(block_list_head->next, RAW_TASK_OBJ, task_list), block_ptr); }RAW_CRITICAL_EXIT();if (need_schedule) {raw_sched();}/* Return completion status. */return RAW_SUCCESS;}
和其他的内存free函数不一样,这里的free函数多了一个wake_send_msg的功能。这也就是说,当然如果存在阻塞等待资源的线程,那么把资源送给该线程,同时把该线程唤醒,还要把need_schedule设置为1才可以。当然如果没有等待的线程,那么直接把内存插入到链表前面中即可,就是这么简单。
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