FreeRTOS的内存管理

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@小白创作中心

FreeRTOS的内存管理

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CSDN

https://blog.csdn.net/qq_54991265/article/details/144823891

FreeRTOS是目前最流行的实时操作系统内核之一，广泛应用于各种嵌入式设备中。内存管理是操作系统的核心功能之一，FreeRTOS提供了多种内存管理方案以适应不同的应用场景。本文将详细介绍FreeRTOS中的5种内存管理方式，包括它们的实现原理、优缺点以及适用场景。

FreeRTOS的内存管理方式

在FreeRTOS源码中，共有5个关于内存管理的文件，分别对应内存管理的5种方式，它们是heap_1.c、heap_2.c、heap_3.c、heap_4.c、heap_5.c。

"堆"（heap）的意思是一块空闲的内存，需要提供管理函数。在C语言中，有malloc与free函数，malloc函数的作用就是从堆里划分出一块空间给程序使用，而free函数的作用是将用完的内存标记为"空闲"，以便下次再用。

与之对应的是"栈"（stack），函数调用时将局部变量保存在栈中，包括当前程序的环境也是保存在栈中，可以从堆中分配一段空间用作栈。

在FreeRTOS中内存管理的接口函数为pvPortMalloc，vPortFree，对应C库的malloc、free。文件在portable目录下，表示你可以提供自己的函数。

5种内存管理方式的优缺点

文件	优点	缺点
heap_1.c	分配简单，时间确定	只分配，不回收
heap_2.c	动态分配，最佳匹配	碎片，时间不定
heap_3.c	调用标准库函数	速度慢，时间不定
heap_4.c	相邻空闲内存可合并	解决碎片问题，时间不定
heap_5.c	在heap_4基础上支持分隔的内存块	解决碎片问题，时间不定

在实际应用中，heap_4是最常用的内存管理方法。

5种内存管理方法的学习理解

heap_1

heap_1适用于程序不需要删除内核对象的场景，这是因为它只实现了pvPortMalloc，没有实现vPortFree。它的实现最简单，没有碎片问题，在一些要求非常严格的系统里，不允许使用动态内存，就可以使用heap_1。

heap_2

heap_2还在使用是为了兼容以前的代码，新设计中都是使用heap_4来替代heap_2，更加高效。

heap_2也是在数组上分配内存，和heap_1不一样的是它支持了最佳匹配算法来分配内存，同时它支持了vPortFree。那么什么是最佳匹配算法呢？假设heap有3块空闲内存：5字节、25字节、100字节，vPortMalloc想申请20字节，算法就会负责找出最小同时还能满足申请的字节（这个例子里是25字节），把它划分为20字节和5字节，20字节给申请使用，5字节仍是空闲状态，留给后续使用。

heap_2的缺点是不会合并相邻的空闲内存，所以会导致严重的碎片化问题。同样的，它却适用于频繁的创建、删除任务，前提是任务的栈的大小都是相同的。