LiteOS 内核源码分析：动态内存之 BestFit 分配算法

2023-10-25 01:48:56

引言

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、内存的分配和内存的释放等功能。在嵌入式系统中，内存资源通常是有限的，因此如何高效地管理内存资源就变得尤为重要。

LiteOS 内核动态内存管理模块

LiteOS 内核的动态内存管理模块提供了多种内存分配算法，包括首次适应算法（FirstFit）、最佳适应算法（BestFit）和最差适应算法（WorstFit）。其中，最佳适应算法是一种常用的内存分配算法，它能够在一定程度上提高内存利用率。

最佳适应算法原理

最佳适应算法的基本思想是将空闲内存块按照大小从小到大进行排序，当需要分配内存时，从空闲内存块列表中选择大小最接近所需内存大小的空闲内存块进行分配。这种算法能够最大限度地减少内存碎片，提高内存利用率。

最佳适应算法特点

最佳适应算法的主要特点包括：

能够有效减少内存碎片。
能够提高内存利用率。
在内存碎片较多时，分配性能可能较差。
需要对空闲内存块进行排序。

最佳适应算法代码示例

以下代码展示了如何使用最佳适应算法进行内存分配：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

// 内存块结构体
typedef struct mem_block {
    size_t size;                // 内存块大小
    struct mem_block *next;     // 下一个内存块
} mem_block_t;

// 内存块列表头
mem_block_t *mem_head = NULL;

// 初始化内存块列表
void mem_init(size_t total_size) {
    mem_head = (mem_block_t *)malloc(total_size);
    mem_head->size = total_size;
    mem_head->next = NULL;
}

// 释放内存块
void mem_free(void *ptr) {
    mem_block_t *block = (mem_block_t *)ptr;
    block->next = mem_head;
    mem_head = block;
}

// 分配内存块
void *mem_alloc(size_t size) {
    mem_block_t *prev = NULL;
    mem_block_t *curr = mem_head;
    mem_block_t *best_block = NULL;

    // 找到最合适的内存块
    while (curr != NULL) {
        if (curr->size >= size && (best_block == NULL || curr->size < best_block->size)) {
            best_block = curr;
            prev = curr;
        }
        curr = curr->next;
    }

    // 分配内存块
    if (best_block != NULL) {
        if (best_block->size > size) {
            mem_block_t *new_block = (mem_block_t *)((char *)best_block + size);
            new_block->size = best_block->size - size;
            new_block->next = best_block->next;
            best_block->size = size;
            best_block->next = new_block;
        }
        if (prev != NULL) {
            prev->next = best_block->next;
        } else {
            mem_head = best_block->next;
        }
        return (void *)best_block;
    } else {
        return NULL;
    }
}

// 测试
int main() {
    mem_init(1024);

    void *ptr1 = mem_alloc(200);
    void *ptr2 = mem_alloc(300);
    void *ptr3 = mem_alloc(400);

    mem_free(ptr2);

    void *ptr4 = mem_alloc(100);

    // 输出内存块信息
    mem_block_t *block = mem_head;
    while (block != NULL) {
        printf("内存块大小：%zu\n", block->size);
        block = block->next;
    }

    return 0;
}