RT-Thread內核的我們已經基本都學習過了，除了基本的線程操作和通信，
內核部分還有內存管理和中斷處理，本文主要就來說說內存管理相關問題。

目錄

前言
一、為什么要內存管理
二、RT-Thread 內存堆管理
2.1 RT-Thread 內存分配
2.2 RT-Thread內存堆管理方式
2.2.1 內存堆管理的3種方式
2.2.2 管理方式的程序配置
2.3 內存堆 API 函數
三、RT-Thread 內存池
3.1 內存池的位置
3.2 內存池程序配置和控制塊
3.3 內存池操作 API 函數
結語

前言

記得最初學習 RT-Thread ，對于內存管理我也是簡單看看然后一筆帶過，當時覺得用不上，在我做的一些傳感器單品項目上，對于內存管理確實知道與不知道沒什么關系，但是隨著認知的增長，項目復雜程度增加，發現內存管理還不可或缺，于是今時今日正好再次來更新 RT-Thread記錄，有必要好好的說一說。

RT-Thread 有2種內存管理方式，分別是動態內存堆管理和靜態內存池管理。

先不管這兩種方式是怎么實現的，首先要明白一個問題，為什么要內存管理？

本 RT-Thread 專欄記錄的開發環境：
RT-Thread記錄（一、RT-Thread 版本、RT-Thread Studio開發環境 及 配合CubeMX開發快速上手）
RT-Thread記錄（二、RT-Thread內核啟動流程 — 啟動文件和源碼分析）
RT-Thread 內核篇系列博文鏈接：
RT-Thread記錄（三、RT-Thread 線程操作函數及線程管理與FreeRTOS的比較）
RT-Thread記錄（四、RT-Thread 時鐘節拍和軟件定時器）
RT-Thread記錄（五、RT-Thread 臨界區保護）
RT-Thread記錄（六、IPC機制之信號量、互斥量和事件集）
RT-Thread記錄（七、IPC機制之郵箱、消息隊列）

一、為什么要內存管理

什么是內存管理？為什么需要內存管理？

在我們的程序設計中，一些數據需要的內存大小需要在程序運行過程中根據實際情況確定，在用戶需要一段內存空間時，向系統申請，系統選擇一段合適的內存空間分配給用戶，用戶使用完畢后，再釋放回系統，以便系統將該段內存空間回收再利用。

這樣子不斷的申請釋放，如果沒有內存管理，就會導致內存碎片，對程序產生極大的影響。

具體的原因我在下面博文有詳細說明：淺談 malloc 函數在單片機上的應用

如果看完上面的博文，就應該知道了內存管理的重要性。

我們確實直接在函數或者線程里面創建臨時變量使用 線程棧 或 者系統棧處理臨時變量，但是正如上面博文里面所說的，作為一個通用的操作系統，都會且必須得有自己的合理的內存管理方式。
這個在我們現在說明的 RT-Thread 操作系統上是內核已經實現好的，我們得了解它。

知道了為什么，那么接下來我們就來了解一下 RT-Thread 的這2種內存管理方式。

二、RT-Thread 內存堆管理

現在看看內存堆管理， 所謂堆，看過我博文的朋友應該已經很熟悉了，對于裸機中的堆的位置，大小設定都應該會有一個詳細的認知，如果還不知道堆，可以查看下面這篇博文一步到位的理解：

STM32的內存管理相關（內存架構，內存管理，map文件分析）

上文雖然是以STM32為例子說明，但是對于 C/C++ 程序編譯后的存儲數據段 在不同芯片上的順序基本都是一樣的，于是乎在我的又一篇博文中

嵌入式RTOS的 任務棧 和 系統棧

就得到了一張內存分配的示意圖：

2.1 RT-Thread 內存分配

要理解 RT-Thread 內存堆管理，首先得知道它管理的是哪一塊內存，所以得知道 RT-Thread 內存分配。

其實細心的朋友會發現，我在前面文章《RT-Thread記錄（二、RT-Thread內核啟動流程 — 啟動文件和源碼分析）》

中提到過 RT-Thread 內存分配情況，在其中的 2.2.2 RT-Thread 堆和棧空間說明（與FreeRTOS不同）有過說明：

通過上面的分析，我們可以得到 RT-Thread 下的內存分配的示意圖：

通過上面我們自己的分析，再結合官方說明文檔的說明，我們應該能完全明白了什么是 RT-Thread 的內存堆：

至此，我們可以確實的明白，RT-Thread 內存管理管理的是哪一部分的內存了。

2.2 RT-Thread內存堆管理方式

那么RT-Thread 對于內存堆，是如何管理的呢？

說明：對于這部分，我個人記錄是以知道為主，畢竟我們專欄以應用為主，我們了解會用即可，如果以后確實自己會需要自己寫內存管理，肯定會單獨更新一篇博文。
我們先前的基礎介紹直接使用官網說明，本節后部分會說明下程序中是怎么選擇使用的。

2.2.1 內存堆管理的3種方式

RT-Thread 內存堆管理又根據具體內存設備劃分為三種情況：

• 針對小內存塊的分配管理（小內存管理算法）
• 針對大內存塊的分配管理（slab 管理算法）
• 針對多內存堆的分配情況（memheap 管理算法）

這里套用官方的介紹做個簡單說明（如果需要深入了解可以去官網查看）:

2.2.2 管理方式的程序配置

我們上面 簡單介紹了RT-Thread 內存堆管理的3種方式，雖然我們沒有詳細分析內部是如何實現，那么我們也得了解在 RT-Thread 工程中，是怎么配置使用哪一種管理方式，同時了解這些方式的實現在程序什么文件中。

在工程的rtconfig.h中有關于內存管理方式的配置：

上圖是使用小內存堆管理算法。

如果是使用 slab 管理算法，需要宏定義如下：

#define RT_USING_SLAB
#define RT_USING_HEAP

如果是使用 memheap 管理算法，需要宏定義如下：

#define RT_USING_MEMHEAP_AS_HEAP

具體的實現文件是在工程 mem.c 文件中，如下圖：

RT-Thread 內存管理詳細的實現方式可以自行查看該文件，這里就不過多介紹。

2.3 內存堆 API 函數

對于 RT-Thread 內存堆管理，是有自己的 malloc 函數，不能直接用 c 語言庫中原始的malloc 函數。

其 三種管理算法提供的 API 都是相同的。

初始化：

首先是初始化函數：

/*小內存堆和slab 管理算法*/
void rt_system_heap_init(void* begin_addr, void* end_addr);

/*memheap 管理算法*/
rt_err_t rt_memheap_init(struct rt_memheap  *memheap,
                        const char  *name,
                        void        *start_addr,
                        rt_uint32_t size)

我在《RT-Thread記錄（二、RT-Thread內核啟動流程 — 啟動文件和源碼分析）》板級硬件初始化 — rt_hw_board_init 小結中提到過 這個函數：

RT-Thread內存堆初始化函數是在系統啟動時候初始化的，而不是我們用戶在main函數中再初始化的。

內存管理操作函數：

簡單記錄一下:

/*
分配內存塊
參數：
nbytes 	需要分配的內存塊的大小，單位為字節
返回 	——
分配的內存塊地址 	成功
RT_NULL 	失敗
*/
void *rt_malloc(rt_size_t nbytes);
/*
釋放內存塊
參數：
ptr 	待釋放的內存塊指針
*/
void rt_free (void *ptr);
/*
重分配內存塊
參數 	描述
rmem 	指向已分配的內存塊
newsize 	重新分配的內存大小
返回 	——
重新分配的內存塊地址 	成功
*/
void *rt_realloc(void *rmem, rt_size_t newsize);
/*
分配多內存塊
參數 	描述
count 	內存塊數量
size 	內存塊容量
返回 	——
指向第一個內存塊地址的指針 	成功 ，并且所有分配的內存塊都被初始化成零。
RT_NULL 	分配失敗
*/
void *rt_calloc(rt_size_t count, rt_size_t size);

/*
設置內存鉤子函數
參數 	描述
hook 	鉤子函數指針
*/
void rt_malloc_sethook(void (*hook)(void *ptr, rt_size_t size));
/*
上面函數的hook 函數接口
參數 	描述
ptr 	分配到的內存塊指針
size 	分配到的內存塊的大小
*/
void hook(void *ptr, rt_size_t size)；

/*
釋放內存鉤子函數
參數 	描述
hook 	鉤子函數指針
*/
void rt_free_sethook(void (*hook)(void *ptr));
/*
上面函數的hook 函數接口
參數 	描述
ptr 	待釋放的內存塊指針
*/
void hook(void *ptr);

釋放內存塊后要清空內存塊指針，不然會成為野指針。

三、RT-Thread 內存池

RT-Thread 的第二種內存管理方式是 內存池，內存池是一種內存分配方式，用于分配大量大小相同的小內存塊，它可以極大地加快內存分配與釋放的速度，且能盡量避免內存碎片化。
他是為了提高內存分配的效率，并且避免內存碎片而產生的。

基本介紹套用官方說明：

內存池屬于 內核對象！！支持線程掛起功能。

內核對線什么意思？就是我們前面說到的，線程，IPC機制，這些東西都是內核對象，所以存在 內存池 控制塊。

有一個點要注意，內存池申請的內存塊大小固定！

3.1 內存池的位置

內存池也是內存管理，那么他創建的之后在內存的什么位置呢？

首先明白內存池作為一個對象，其實可以認為是一個變量，那么他基本上就是屬于.bss段的東西了，在RT-Thread 中，他的位置應該是在 .bss段的。

我們按照上面的內存分配的示意圖說明一下內存池申請的內存位置：

為了驗證一下是否如此，可以初始化一個內存池，編譯后查看一下.map文件：

內存池屬于.bss段的數據，只不過他一般來說都是申請的相對比較大的一塊內存空間，然后在這個大空間內自己有自己的分配管理方式。

3.2 內存池程序配置和控制塊

內存池程序配置：

RT-Thread 的內存池在程序中的配置和實現文件如下圖：

內存池控制塊：（因為是內對象，所以還是熟悉的配方，熟悉的味道~ ~）

struct rt_mempool
{
    struct rt_object parent;

    void        *start_address;  /* 內存池數據區域開始地址 */
    rt_size_t     size;           /* 內存池數據區域大小 */

    rt_size_t     block_size;    /* 內存塊大小  */
    rt_uint8_t    *block_list;   /* 內存塊列表  */

    /* 內存池數據區域中能夠容納的最大內存塊數  */
    rt_size_t     block_total_count;
    /* 內存池中空閑的內存塊數  */
    rt_size_t     block_free_count;
    /* 因為內存塊不可用而掛起的線程列表 */
    rt_list_t     suspend_thread;
    /* 因為內存塊不可用而掛起的線程數 */
    rt_size_t     suspend_thread_count;
};
typedef struct rt_mempool* rt_mp_t;

內存池具體管理方法的實現可以自己查看下源碼，這里暫時不做深入研究。

3.3 內存池操作 API 函數

內存池作為內核對象，那么他的操作就和以前那些IPC機制，線程一樣的方式，分為動態創建，靜態初始化這些。

并不需要在 板級初始化的時候就初始化。用戶可以自己選擇用于不用。

簡單記錄說明一下內存池操作函數：

/*
創建內存池
參數 	描述
name 	內存池名
block_count 	內存塊數量
block_size 	內存塊容量
返回 	——
內存池的句柄 	創建內存池對象成功
RT_NULL 	創建失敗
*/
rt_mp_t rt_mp_create(const char* name,
                         rt_size_t block_count,
                         rt_size_t block_size);
/*
刪除內存池
參數 	描述
mp 	rt_mp_create 返回的內存池對象句柄
返回 	——
RT_EOK 	刪除成功
*/
rt_err_t rt_mp_delete(rt_mp_t mp);
/*
初始化內存池
參數 	描述
mp 	內存池對象
name 	內存池名
start 	內存池的起始位置
size 	內存池數據區域大小
block_size 	內存塊容量
返回 	——
RT_EOK 	初始化成功
- RT_ERROR 	失敗
*/
rt_err_t rt_mp_init(rt_mp_t mp,
                        const char* name,
                        void *start, rt_size_t size,
                        rt_size_t block_size);
/*
脫離內存池
參數 	描述
mp 	內存池對象
返回 	——
RT_EOK 	成功
*/
rt_err_t rt_mp_detach(rt_mp_t mp);
/*
分配內存塊
參數 	描述
mp 	內存池對象
time 	超時時間
返回 	——
分配的內存塊地址 	成功
RT_NULL 	失敗
*/
void *rt_mp_alloc (rt_mp_t mp, rt_int32_t time);
/*
釋放內存塊
參數 	描述
block 	內存塊指針
*/
void rt_mp_free (void *block);

結語

本文從為什么要內存管理說起，了解了 RT-Thread 的2種內存管理方式：內存堆 和 內存池。

相信不管你平時用不用動態內存申請，看了這篇文章以后也會對 RT-Thread 的內存管理有一定的了解，在以后需要用到動態內存分配的同時也不會手足無措！

但是特別注意，不管使用哪種方式，在申請的內存使用完之后都必須及時釋放，而且要注意清空相應的指針！

但是本文的重點在于理解 為什么要內存管理，和 內存管理管理的是哪一塊的內存，對于如何實現內存管理我們只是借用了官方的說明，還是沒有深入的研究分析。這個需要等以后我有機會自己寫一套內存管理方式的時候，或許會單獨開一篇文章深入分析。

謝謝！

審核編輯：湯梓紅