【RT-Thread读书笔记】13. RT-Thread 学习24-26章读后感

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24章 内存管理

计算系统中，通常存储空间可以分为两种：内部存储空间和外部存储空间。内部存储空间通常访问速度比较快，能够按照变量地址随机地访问，也就是我们通常所说的 RAM（随机存储器），可以把它理解为电脑的内存；而外部存储空间内所保存的内容相对来说比较固定，即使掉电后数据也不会丢失，这就是通常所讲的 ROM（只读存储器），可以把它理解为电脑的硬盘。

计算机系统中，变量、中间数据一般存放在 RAM 中，只有在实际使用时才将它们从 RAM 调入到 CPU 中进行运算。一些数据需要的内存大小需要在程序运行过程中根据实际情况确定，这就要求系统具有对内存空间进行动态管理的能力，在用户需要一段内存空间时，向系统申请，系统选择一段合适的内存空间分配给用户，用户使用完毕后，再释放回系统，以便系统将该段内存空间回收再利用。

这章主要介绍 RT-Thread 中的两种内存管理方式，分别是动态内存堆管理和静态内存池管理，学完本章，读者会了解 RT-Thread 的内存管理原理及使用方式。

RT-Thread 操作系统在内存管理上，根据上层应用及系统资源的不同，有针对性地提供了不同的内存分配管理算法。总体上可分为两类：内存堆管理与内存池管理，而内存堆管理又根据具体内存设备划分为三种情况：

第一种是针对小内存块的分配管理（小内存管理算法）；

第二种是针对大内存块的分配管理（slab 管理算法）；

第三种是针对多内存堆的分配情况（memheap 管理算法）

----引自 https://www.rt-thread.org/document/site/programming-manual/memory/memory/ 其实，内存管理是OS中一个必备的组件，如何没有内存管理，OS如何运行，我们常见的linux和windos都是运行在内存中，这个内存指的是RAM， 内存条DRAM。有些数据还存在CPU内部的高速缓存中，L1/L2/L3 cache中。而这些内存的速度是非常快的，但是掉电不保存。而真正的程序，数据是存放在硬盘中的，速度慢，但掉电保存。当OS运行后，每个要运行的程序，都会先被读取到内存中，然后才开始运行，最终数据会被写入硬盘中保存。 这里面牵扯到内存一致性等问题，x86体系中有MESI关于CPU核内，cache一致性的描述，而RTOS由于一般只有一个core, 也许没有MESI机制。但内存管理机制，就不可缺少的。 这里啰嗦了一些知识，下面回到书中的内存管理。

基本概念

RT-Thread操作系统将内核与内存管理分开实现，操作系统内核仅规定了必要的内存管理函数原型，而不关心这些内存管理函数是如何实现的，所以在RT-Thread中提供了多种内存分配算法（分配策略），但是上层接口（API）却是统一的。RT-Thread的内存管理模块管理系统的内存资源，它是操作系统的核心模块之一。主要包括内存的初始化、分配以及释放。

运作机制

首先，在使用内存分配前，必须明白自己在做什么，这样做与其它的方法有什么不同，特别是会产生哪些负面影响，在自己的产品面前，应当选择哪种分配策略。 动态分配内存与静态分配内存的区别：静态内存一旦创建就指定了内存块的大小，分配只能以内存块大小粒度进行分配；动态内存分配则根据运行时环境确定需要的内存块大小，按照需要分配内存。 静态内存管理： 内存池（Memory Pool）是一种用于分配大量大小相同的小内存对象的技术。它可以极大加快内存分配/释放的速度。 内核负责给内存池分配内存池对象控制块，它同时也接收用户线程的分配内存块申请，当获得申请信息后，内核就可以从内存池中为线程分配内存块。内存池一旦初始化完成，内部的内存块大小将不能再做调整。 动态内存管理： 动态内存管理是一个真实的堆（Heap）内存管理模块。动态内存管理，即在内存资源充足的情况下，从系统配置的一块比较大的连续内存，根据用户需求，在这块内存中分配任意大小的内存块。当用户不需要该内存块时，又可以释放回系统供下一次使用。与静态内存相比，动态内存管理的好处是按需分配，缺点是内存池中容易出现碎片（在申请与释放的时候由于内存不对齐会导致内存碎片）。 1.小内存管理模块 小内存管理算法是一个简单的内存分配算法。初始时，它是一块大的内存，其大小为（MEM_SIZE），当需要分配内存块时，将从这个大的内存块上分割出相匹配的内存块，然后把分割出来的空闲内存块还回给堆管理系统中。每个内存块都包含一个管理用的数据头，通过这个头把使用块与空闲块用双向链表的方式链接起来（内存块链表）。 2.SLAB内存管理模块 RT-Thread的SLAB分配器是在DragonFly BSD创始人Matthew Dillon实现的SLAB分配器基础上，针对嵌入式系统优化的内存分配算法。最原始的SLAB算法是Jeff Bonwick为Solaris操作系统而引入的一种高效内核内存分配算法。 RT-Thread的SLAB分配器实现主要是去掉了其中的对象构造及析构过程，只保留了纯粹的缓冲型的内存池算法。SLAB分配器会根据对象的类型（主要是大小）分成多个区（zone），也可以看成每类对象有一个内存池。 静态内存管理的函数接口： rt_mp_create()， rt_mp_alloc()，rt_mp_free(). 动态内存管理的函数接口： rt_system_heap_init()，rt_malloc()，rt_free().

25章 中断管理

异常是导致处理器脱离正常运行转向执行特殊代码的任何事件，分为同步异常和异步异常，中断属于异步异常。中断能打断线程的运行，无论该线程具有什么样的优先级，因此中断一般用于处理比较紧急的事件，而且只做简单处理，例如标记该事件，在使用 RT-Thread系统时，一般建议使用信号量、消息或事件标志组等标志中断的发生，将这些内核对象发布给处理线程，处理线程再做具体处理。 通过中断机制，在外设不需要CPU介入时，CPU可以执行其它线程，而当外设需要CPU时通过产生中断信号使CPU立即停止当前线程转而来响应中断请求。这样可以使CPU避免把大量时间耗费在等待、查询外设状态的操作上，因此将大大提高系统实时性以及执行效率。 因此，前边所讲临界段，不能被中断打断，这样会影响RTOS的实时性。任何使用了操作系统的中断响应都不会比裸机快。所以，操作系统的中断在某些时候会有适当的中断延迟，因此调用中断屏蔽函数进入临界段的时候，也需快进快出。 中断介绍： 与中断相关的硬件可以划分为三类：外设、中断控制器、CPU本身。 CPU：CPU会响应中断源的请求，中断当前正在执行的线程，转而执行中断处理程序。NVIC最多支持240个中断，每个中断最多256个优先级。 中断号：每个中断请求信号都会有特定的标志，使得计算机能够判断是哪个设备提出的中断请求，这个标志就是中断号。 中断请求：“紧急事件”需向CPU提出申请，要求CPU暂停当前执行的线程，转而处理该“紧急事件”，这一申请过程称为中断请求。 中断优先级：为使系统能够及时响应并处理所有中断，系统根据中断时间的重要性和紧迫程度，将中断源分为若干个级别，称作中断优先级。 中断处理程序：当外设产生中断请求后，CPU暂停当前的线程，转而响应中断申请，即执行中断处理程序。 中断触发：中断源发出并送给CPU控制信号，将中断触发器置“1”，表明该中断源产生了中断，要求CPU去响应该中断，CPU暂停当前线程，执行相应的中断处理程序。 中断触发类型：外部中断申请通过一个物理信号发送到NVIC，可以是电平触发或边沿触发。 中断向量：中断服务程序的入口地址。 中断向量表：存储中断向量的存储区，中断向量与中断号对应，中断向量在中断向量表中按照中断号顺序存储。 临界段：代码的临界段也称为临界区，一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断打断。为确保临界段代码的执行不被中断，在进入临界段之前须关中断，而临界段代码执行完毕后，要立即开中断。RT-Thread支持中断屏蔽和中断使能。 当中断产生时，处理机将按如下的顺序执行： 1. 保存当前处理机状态信息 2. 载入异常或中断处理函数到PC寄存器 3. 把控制权转交给处理函数并开始执行 4. 当处理函数执行完成时，恢复处理器状态信息 5. 从异常或中断中返回到前一个程序执行点 中断管理： ARM Cortex-M内核的中断是不受RT-Thread管理的，所以RT-Thread中的中断使用其实跟裸机差不多的，需要我们自己配置中断，并且使能中断，编写中断服务函数，在中断服务函数中使用内核IPC通信机制，一般建议使用信号量、消息或事件标志组等标志事件的发生，将事件发布给处理线程，等退出中断后再由相关处理线程具体处理中断。由于中断不受RT-Thread管理，所以不需要使用RT-Thread提供的函数（中断屏蔽与使能除外）。

第26章 双向链表

这一章讲的是双向链表，双向链表对于实现RT-Thread非常重要，创建线程，线程优先级，线程就绪列表等地方都用到了双向链表，建议大家在学习数据结构时，必须深刻掌握这一数据结构。 这一章都是基本的数据结构，所以不再展开介绍，可能火哥觉得这一部分非常重要，因此放在本书的最后。 此内容由EEWORLD论坛网友传媒学子原创，如需转载或用于商业用途需征得作者同意并注明出处