姓名：朱小鵬 ? 學(xué)號(hào)：16010130023

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【嵌牛導(dǎo)讀】：昨天說(shuō)到了數(shù)據(jù)緩沖pbuf的內(nèi)存申請(qǐng)，今天繼續(xù)來(lái)探究一下它的內(nèi)存釋放過(guò)程。

【嵌牛鼻子】：pbuf釋放

【嵌牛提問(wèn)】：LWIP中內(nèi)存釋放過(guò)程如何實(shí)現(xiàn)？

【嵌牛正文】：

不停的寫(xiě)東西，只是為了逃避某種心情。（PS:現(xiàn)在不停的C+V,只是迫于某人的鴨梨和對(duì)知識(shí)傳播的追求，霍霍）

牢騷發(fā)完，Go On。昨天說(shuō)到了數(shù)據(jù)緩沖pbuf的內(nèi)存申請(qǐng)，今天繼續(xù)來(lái)探究一下它的內(nèi)存釋放過(guò)程。由于pbuf的申請(qǐng)主要是通過(guò)內(nèi)存堆分配和內(nèi)存池分配來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以，pbuf的釋放也必須按照這兩種情況分別討論。

別慌，在展開(kāi)討論之前，還得說(shuō)說(shuō)某個(gè)pbuf能被釋放的前提。在LWIP中這點(diǎn)很容易判斷，因?yàn)榍肮?jié)說(shuō)到pbuf的ref字段表示該pbuf被引用的次數(shù)，當(dāng)pbuf被創(chuàng)建時(shí)，該字段的初始值為1，由此可判斷，當(dāng)pbuf的ref字段為1時(shí)，該pbuf才可以被刪除，所以位于pbufs鏈表中間的pbuf結(jié)構(gòu)是不會(huì)被刪除成功的，因?yàn)樗麄兊膔ef值至少是2。由此總之一下，能被刪除的pbuf必然是某個(gè)pbufs鏈的首節(jié)點(diǎn)。當(dāng)然pbuf的刪除工作遠(yuǎn)不如此的簡(jiǎn)單，其中另一個(gè)需要特別注意的地方是，想想，很可能的情況是某個(gè)pbufs鏈的首節(jié)點(diǎn)刪除成功后，該pbufs鏈的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)就自然的成為該pbufs鏈的首節(jié)點(diǎn)，此時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的ref值可能變?yōu)?(該節(jié)點(diǎn)沒(méi)有被引用了)，這種情況下，該節(jié)點(diǎn)也會(huì)被刪除，因?yàn)長(zhǎng)WIP認(rèn)為它和第一個(gè)節(jié)點(diǎn)一起存儲(chǔ)同一數(shù)據(jù)包。當(dāng)?shù)诙€(gè)節(jié)點(diǎn)也被刪除后，LWIP又會(huì)去看看第三個(gè)節(jié)點(diǎn)是否滿足刪除條件…就這樣一直刪一下去。當(dāng)然，如果首節(jié)點(diǎn)刪除后，第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的ref值大于1，表示該節(jié)點(diǎn)還在其他地方被引用，不能再被刪除，刪除工作至此結(jié)束。這段話寫(xiě)的很口水，不如我們舉個(gè)例子來(lái)看看這個(gè)刪除過(guò)程。假如現(xiàn)在我們的pbufs鏈表有A，B，C三個(gè)pbuf結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，結(jié)構(gòu)為A--->B--->C，利用pbuf_free(A)函數(shù)來(lái)刪除pbuf結(jié)構(gòu)，下面用ABC的幾組不同ref值來(lái)看看刪除結(jié)果：

（1）1->2->3函數(shù)執(zhí)行后變?yōu)?..1->3，節(jié)點(diǎn)BC仍在；

（2）3->3->3函數(shù)執(zhí)行后變?yōu)?->3->3，節(jié)點(diǎn)ABC仍在；

（3）1->1->2函數(shù)執(zhí)行后變?yōu)?.....1，節(jié)點(diǎn)C仍在；

（4）2->1->1函數(shù)執(zhí)行后變?yōu)?->1->1，節(jié)點(diǎn)ABC仍在；

（5）1->1->1函數(shù)執(zhí)行后變?yōu)?......，節(jié)點(diǎn)全部被刪除。

如果您能說(shuō)醍醐灌頂，那將是我最大的動(dòng)力。

當(dāng)可以刪除某個(gè)pbuf結(jié)構(gòu)時(shí)，LWIP首先檢查這個(gè)pbuf是屬于前節(jié)講到的四個(gè)類(lèi)型中的哪種，根據(jù)類(lèi)型的不同，調(diào)用不同的內(nèi)存釋放函數(shù)進(jìn)行刪除。PBUF_POOL類(lèi)型和PBUF_ROM類(lèi)型、PBUF_REF類(lèi)型需要通過(guò)memp_free()函數(shù)刪除，PBUF_RAM類(lèi)型需要通過(guò)mem_free()函數(shù)刪除，原因不解釋。

PBUF_RAM類(lèi)型來(lái)自于內(nèi)存堆，所以需通過(guò)mem_free()函數(shù)將pbuf釋放回內(nèi)存堆。這里，先得來(lái)看看內(nèi)存堆的組織結(jié)構(gòu)，見(jiàn)下圖，在內(nèi)存堆內(nèi)部，內(nèi)存堆管理模塊通過(guò)在每一個(gè)內(nèi)存分配塊的頂部放置一個(gè)比較小的結(jié)構(gòu)體來(lái)保存內(nèi)存分配紀(jì)錄(注意這個(gè)小小的結(jié)構(gòu)體是內(nèi)存管理模塊自動(dòng)附加上去的，獨(dú)立于用戶(hù)的申請(qǐng)大小)。這個(gè)結(jié)構(gòu)體擁有三個(gè)成員變量，兩個(gè)指針和一個(gè)標(biāo)志，如圖。next與prev分別指向內(nèi)存的下一個(gè)和上一個(gè)分配塊，used標(biāo)志表示該內(nèi)存塊是否已被分配。圖中需要注意的兩個(gè)地方，first，圖中每個(gè)內(nèi)存塊的大小是不同且可能隨時(shí)變化的。Second，當(dāng)系統(tǒng)初始化的時(shí)候，整個(gè)內(nèi)存堆就是一個(gè)內(nèi)存塊，下圖中是經(jīng)過(guò)多次分配釋放后內(nèi)存堆呈現(xiàn)出來(lái)的結(jié)果。

內(nèi)存堆管理模塊根據(jù)所申請(qǐng)分配的大小來(lái)搜索所有未被使用的內(nèi)存分配塊，檢索到的最先滿足條件的內(nèi)存塊將分配給申請(qǐng)者，注意這里并不包括前面說(shuō)到的那個(gè)小小結(jié)構(gòu)體，所以用戶(hù)得到的是used后的那個(gè)地址。當(dāng)分配成功后，內(nèi)存管理模塊會(huì)馬上在已經(jīng)分配走了的數(shù)據(jù)區(qū)后面再插一個(gè)小小的結(jié)構(gòu)體，并用next和prev指針將這個(gè)結(jié)構(gòu)體串起來(lái)，以便于下次分配。經(jīng)過(guò)幾次的申請(qǐng)與釋放，我們就看到了圖中的內(nèi)存堆組織模型。

當(dāng)內(nèi)存釋放的時(shí)候，為了防止內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，上一個(gè)與下一個(gè)分配塊的使用標(biāo)志會(huì)被檢查，如果他們中的任何一個(gè)還未被使用，這個(gè)內(nèi)存塊將被合并到一個(gè)更大的未使用內(nèi)存塊中。內(nèi)存堆管理模塊是這樣做的，它根據(jù)用戶(hù)提供的釋放地址退后幾個(gè)字節(jié)去尋找這個(gè)小小的結(jié)構(gòu)體，利用這個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存堆得合并等操作。已經(jīng)分配的內(nèi)存塊被回收后，使用標(biāo)志used清零。當(dāng)然，如果上一個(gè)與下一個(gè)分配塊都已被使用，這時(shí)的釋放就是最簡(jiǎn)單的情況，但這也是產(chǎn)生內(nèi)存堆碎片問(wèn)題的根源。

哎，要了老命了。

接著來(lái)講其他三種結(jié)構(gòu)通過(guò)memp_free()函數(shù)將pbuf釋放回內(nèi)存池的情況。前面的內(nèi)容已經(jīng)講過(guò)了內(nèi)存池POOL的結(jié)構(gòu)，PBUF_POOL型pbuf主要使用的是MEMP_PBUF_POOL類(lèi)型的POOL，PBUF_ROM和PBUF_REF型pbuf主要使用的是MEMP_PBUF型的POOL。這句話太繞了，你應(yīng)該多讀兩遍。POOL結(jié)構(gòu)的起始處有個(gè)next指針，用于指向同類(lèi)型的下一個(gè)POOL，用于將同類(lèi)型的POOL連接成一個(gè)單向鏈表，這里應(yīng)該有必要仔細(xì)看看POOL池是怎樣初始化的，代碼很簡(jiǎn)單：

memp = LWIP_MEM_ALIGN(memp_memory);

for (i = 0; i < MEMP_MAX; ++i) {//對(duì)各種類(lèi)型的POOL依次操作

memp_tab[i] = NULL;//空閑鏈表頭初始為空

for (j = 0; j < memp_num[i]; ++j) {//把同類(lèi)POOL鏈成鏈表

memp->next = memp_tab[i];

memp_tab[i] = memp;

memp = (struct memp *)((u8_t *)memp + MEMP_SIZE + memp_sizes[i]);//取得下

}//一個(gè)POOL的地址

}

上面代碼中有幾個(gè)重要的全局變量，memp_memory是緩沖池的起始地址，前面已有所討論；MEMP_MAX是POOL類(lèi)型數(shù); memp_tab用于指向某類(lèi)POOL空閑鏈表的起始節(jié)點(diǎn)；memp_num表示各種類(lèi)型POOL的個(gè)數(shù)；memp_sizes表示各種類(lèi)型單個(gè)POOL的大小，對(duì)于MEMP_PBUF_POOL和MEMP_PBUF型的POOL，其大小是pbuf頭和pbuf可裝載數(shù)據(jù)大小的總和。

在這樣的基礎(chǔ)之上，POOL池的釋放就簡(jiǎn)單了，首先根據(jù)POOL的類(lèi)型找到相應(yīng)空閑鏈表頭memp_tab，將該P(yáng)OOL插在鏈表頭上，并把memp_tab指向鏈表頭，簡(jiǎn)單快捷。至于POOL池的的申請(qǐng)那自然而然的也就是對(duì)memp_tab頭的操作了，這個(gè)相信你懂。

好了，到這里，LWIP的內(nèi)存相關(guān)機(jī)制就基本介紹完畢。當(dāng)然，它不可能這樣簡(jiǎn)單，在以后使用到的地方，我會(huì)再加說(shuō)明。

整理整理，收工。周末來(lái)啦….冬眠一天是必不可少的….哈哈