嵌入式系统分层通信栈的内存管理

Question

这个问题与嵌入式系统上的编程有关。我正在一个嵌入式设备上做一个实验通讯堆栈。堆栈从底层通道接收流数据，检测离散数据包，重新组装分段数据，等等。

每个功能都在一个单独的层中实现。一些层延迟对数据包的处理(因为数据到达中断处理程序，进一步的处理被卸载到主上下文中)。一些层将多个传入的数据包合并成一个转发到下一个上层的包(即碎片数据的重新组装)。因此，一些层将一个传入分组拆分为转发到下一个下层的多个分组。当然，任何层在任何时候都可以在没有进一步通知的情况下丢弃数据包，因为例如，校验和与数据不匹配。

我的问题是关于这些数据包的内存分配。

目前，我正在每一层使用malloc。具体来说，我为要转发到下一个上层的数据包分配内存，将指针传递到下一层的处理程序，并在调用后再次释放内存。下一层的处理程序负责复制所需的数据。因此，每个层都维护数据的所有权，并且很难忘记释放分配的内存。这是很好的工作，但导致了许多不必要的副本。

或者，我可以将缓冲区的所有权转发到下一层。然后下一层可以直接在缓冲区上工作，并将相同的缓冲区转发到下一层，依此类推。我认为这样做有点棘手，因为没有内存泄漏。

最终，因为它是一个嵌入式设备，我想找到一个没有动态内存分配的解决方案。如果每个层保留自己内存的所有权，那么没有malloc的实现应该很容易。但是，如果所有权被转移，那么它看起来就更复杂了。

你有什么意见吗？

Answer 1

查看LwIP数据包缓冲区(pbuf)，它解决了在您的场景中提到的情况。pbuf.html可以使您的代码健壮，而不是malloc，您可以实现内存池。

Answer 2

在一个地方分配内存。因为它是嵌入式系统，所以您必须使用静态内存池。就像作为不透明类型实现的典型ADT一样：

//缓冲区.h

typedef struct buffer_t buffer_t;

buffer_t* buffer_create (/*params*/);

/* setter & getter functions here */

//缓冲区c

#include "buffer.h"

struct buffer_t
{
  /* private contents */
};


static buffer_t mempool [MEMPOOL_SIZE];
static size_t mempool_size = 0;

buffer_t* buffer_create (/*params*/)
{
  if(mempool_size == MEMPOOL_SIZE)
  { /* out of memory, handle error */ }

  buffer_t* obj = &mempool[mempool_size]; 
  mempool_size++;

  /* initialize obj here */

  return obj;
}

/* setter & getter functions here */

现在，所有不同的应用程序层和进程只能传递指针的副本。如果您确实需要制作硬拷贝，则在上面的ADT中实现一个buffer_copy函数。

在多进程系统的情况下，如果允许多个进程同时分配缓冲区，则必须考虑重新进入。