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嵌入式操作系统内核原理和开发(等值block内存池设计)

发表于:2017-01-09 作者:网络转载 来源:

  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;
   }
  
   #endif
 
    block_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;
    }
   
   }
  
   #endif
 
   RAW_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;
   }
  
   #endif
 
   block_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。