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01內(nèi)存池

LWIP中的內(nèi)存池(POOL)分配策略簡單，但是內(nèi)存的分配、釋放效率高，可以有效的防止內(nèi)存碎片的產(chǎn)生。在內(nèi)存的策略下用戶只能申請固定大小的空間，內(nèi)存池方法主要用于LWIP內(nèi)核中固定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分配，比如UDP控制塊，TCP控制塊等。LWIP內(nèi)核在初始化的時候已經(jīng)為每個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型都初始化了一定數(shù)量的POOL，文件memp.c和memp.h就是內(nèi)存池相關內(nèi)容。

至于LWIP內(nèi)核建立多少種POOL依賴于用戶和系統(tǒng)配置，比如如果定義了宏LWIP_UDP為1，那么在編譯時與UDP控制塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關的內(nèi)存池POOL就會被建立(MEMP_UDP_PCB)，如果定義了宏LWIP_TCP為1，編譯時與TCP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關的內(nèi)存池就會被建立(MEMP_TCP_PCB、MEMP_TCP_SEG)等等!每種類型的POOL大小都是固定的。用戶可以在lwipopts.h文件中定義,LWIP在opt.h中已經(jīng)配置了默認值。

有6個與LWIP內(nèi)存池有關的全局變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：memp_t、memp_tab[]、memp_sizes[]、memp_num[]、memp_desc[]和memp_memory[]。

1.1、memp_t數(shù)據(jù)類型

memp_t為一個枚舉類型變量，用來給每個POOL取個名字，或者說是編號。memp_t在文件memp.h文件中定義，定義如下：

#define LWIP_MEMPOOL(name,num,size,desc)  MEMP_##name, 

這句代碼意思是：

遇到LWIP_MEMPOOL(name,num,size,desc) 換成MEMP_##name

例如：在memp_std.h的34行

LWIP_MEMPOOL(RAW_PCB,        MEMP_NUM_RAW_PCB,         sizeof(structraw_pcb),        "RAW_PCB") 

變成了

MEMP_RAW_PCB 

所以memp_t編譯之后如下：

typedef enum 
{ 
    MEMP_ RAW_PCB, 
    MEMP_ UDP_PCB, 
    MEMP_ TCP_PCB, 
    MEMP_ TCP_PCB_LISTEN, 
    MEMP_ TCP_SEG, 
    MEMP_ REASSDATA, 
     ……. 
    MEMP_MAX 
} memp_t; 

其中MEMP_MAX代表memp_t代表枚舉類型中元素總個數(shù)(C語言基礎知識)，并不代表任何類型的POOL

1.2、memp_tab全局指針數(shù)組

memp_tab為一個全局指針數(shù)組，指向每類POOL的第一個POOL，memp_tab在文件memp.c文件中定義，定義如下：

1.3、memp_sizes全局數(shù)組

memp_sizes為一個全局數(shù)組，用來記錄每個POOL的大小，memp_sizes在文件memp.c文件中定義，定義如下：

編譯之后

const u16_t memp_sizes[MEMP_MAX] = 
{ 
    LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(sizeof(struct raw_pcb)), 
    LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(sizeof(struct udp_pcb)), 
    LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(sizeof(struct tcp_pcb)), 
    LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(sizeof(structtcp_pcb_listen)), 
    LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(sizeof(struct tcp_seg)), 
    ……. 
} 

memp_sizes中保存了每種類型POOL的大小，這里的大小都是進行了內(nèi)存對齊的。

這個宏定義，MEM_ALIGNMENT為4，也就是4字節(jié)對齊。

分析這個宏定義，也就說，當MEM_ALIGNMENT為4時，傳入的size為3時，變?yōu)?

申請3個字節(jié)，實際申請4個字節(jié)

申請6個字節(jié)，實際申請8個字節(jié)

申請18個字節(jié)，實際申請20個字節(jié)

1.4、 memp_num[]全局數(shù)組

memp_num為一個全局數(shù)組，用來記錄每類POOL中POOL的個數(shù)，memp_num在文件memp.c文件中定義，定義如下：

編譯之后

const u16_t memp_num[MEMP_MAX] = 
{ 
    (MEMP_NUM_RAW_PCB), 
    (MEMP_NUM_UDP_PCB), 
    (MEMP_NUM_TCP_PCB), 
    (MEMP_NUM_TCP_PCB_LISTEN), 
    (MEMP_NUM_TCP_SEG), 
    …… 
}; 

上面的MEMP_NUM_RAW_PCB、MEMP_NUM_UDP_PCB等等都是由用戶定義的，用來記錄對應的POOL的數(shù)量，用戶可以在lwipopts.h文件中定義,LWIP在opt.h中已經(jīng)配置了默認值。

1.5、memp_desc[]全局型指針數(shù)組

memp_desc為一個全局型指針數(shù)組，指向每類POOL的描述符，memp_desc在文件memp.c文件中定義，定義如下：

編譯之后

static const char *memp_desc[MEMP_MAX] = 
{ 
   ("RAW_PCB"), 
   ("UDP_PCB"), 
   ("TCP_PCB"), 
   ("TCP_PCB_LISTEN"), 
   ("TCP_PCB_LISTEN"), 
   ……. 
}; 

memp_desc中的每個元素指向了一個字符串，這些字符串在統(tǒng)計信息輸出中可能用到。

1.6、memp_memory[]數(shù)組

memp_memory為一個數(shù)組，這個數(shù)組才是真正的內(nèi)存池!!!這個數(shù)組在文件memp.c文件中定義，定義如下：

編譯之后

static u8_t memp_memory 
[ 
   MEM_ALIGNMENT – 1 
   +((MEMP_NUM_RAW_PCB) * (MEMP_SIZE + 
     MEMP_ALIGN_SIZE(sizeof(struct raw_pcb)) )) 
   +((MEMP_NUM_UDP_PCB) * (MEMP_SIZE + 
    MEMP_ALIGN_SIZE(sizeof(struct udp_pcb)) )) 
   +((MEMP_NUM_TCP_PCB) * (MEMP_SIZE + 
    MEMP_ALIGN_SIZE(sizeof(struct tcp_pcb)) )) 
   …….. 
]; 

其中MEMP_SIZE表示需要在每個POOL頭部預留的空間，LWIP中在某些特殊場合使用該空間中的值來對POOL進行特殊處理，這里不使用該項功能，所以MEMP_SIZE為0，。如果使用到MEMP_SIZE的話也需要對這個大小進行內(nèi)存對齊!

1.7、與內(nèi)存池管理相關的函數(shù)：

使用內(nèi)存池分配內(nèi)存的優(yōu)點在于速度快，效率高，不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，但是缺點在于只能分配各種固定大小的內(nèi)存空間，LWIP必須實現(xiàn)知道用戶要使用哪些類型的POOL，每種類型的POOL數(shù)量，然后根據(jù)這個需求建立內(nèi)存池。

02內(nèi)存堆

LWIP還提供了另外一種內(nèi)存策略—內(nèi)存堆，使用內(nèi)存堆策略就可以隨便申請任意大小的內(nèi)存了。但是這種方法效率和速度會有所下降。

使用內(nèi)存堆策略的話用戶申請的內(nèi)存大小有最小限制，所申請的內(nèi)存大小不能小于MIN_SIZE，LWIP默認的MIN_SIZE為12個字節(jié)，在mem.c文件中。該值用戶可以自行定義。

使用內(nèi)存堆策略，其有點事內(nèi)存浪費小，比較簡單，適合于小內(nèi)存的管理，但是缺點就是如果頻繁的進行動態(tài)內(nèi)存申請和釋放的話，可能會造成嚴重的內(nèi)存碎片，如果碎片嚴重的話可能會導致內(nèi)存分配失敗!

內(nèi)存堆策略下的內(nèi)存空間是數(shù)組：ram_heap[]。在mem.c文件中。

與內(nèi)存堆有關的函數(shù)有3個：

mem_init() 
mem_malloc() 
mem_free() 

03其他內(nèi)存策略

前面講的內(nèi)存池(POOL)和內(nèi)存堆(HEAP)這兩個內(nèi)存策略都是LWIP默認的內(nèi)存策略，LWIP內(nèi)核中大量的使用了這兩個策略，不過LWIP也給我們提供了其他可選的內(nèi)存策略。

(1)、當定義宏MEM_LIBC_MALLOC為1，那么與內(nèi)存堆相關的代碼就不會被編譯的，內(nèi)存堆中的mem_malloc()和mem_free()就會被ANSIC編譯器自帶的malloc()和free()替代。

(2)、當定義宏MEMP_MEM_MALLOC為1，那么內(nèi)存池文件memp.c就不會被編譯。

(3)、當定義宏MEM_USE_POOLS定義為1，那么內(nèi)存堆分配相關的函數(shù)及全局變量不會被編譯，這個時候就用內(nèi)存池分配方式來實現(xiàn)內(nèi)存堆的的分配方式，因為內(nèi)存池的分配策略效率很高。

但是(3)中的方法使用起來比較麻煩，需要在lwipopts.h中定義宏MEM_USE_POOLS和MEM_USE_CUSTOM_POOLS都為1，還需要在另外一個頭文件lwippools.h中開辟一些用于內(nèi)存堆分配函數(shù)的內(nèi)存池。