当前位置：首页 > news >正文

内存管理模块设计与实现

news 来源：原创 2025/5/10 3:35:54

文章目录

内存管理模块设计与实现
- 1. 概述
- 2. 架构设计
- 3. 核心数据结构
- - 3.1 数据结构关系图
  - 3.2 关键结构体定义
- 4. 功能实现
- - 4.1 内存分配流程
  - 4.2 内存分配实现
  - 4.3 内存释放流程
- 5.特色功能
- - 5.1 内存对齐支持
  - 5.2 内存使用监控
  - 5.3 线程安全机制
- 6. 使用示例
- 7. 应用场景
- 8. 注意事项
- 9. 总结
- 参考资料

内存管理模块设计与实现

1. 概述

在嵌入式系统或需要精确控制内存使用的场景中，一个良好的内存管理模块至关重要。本文介绍了一个简单但实用的内存管理模块实现，该模块具有以下特点：

内存使用追踪
内存分配记录
内存泄漏检测
线程安全设计
内存对齐支持

2. 架构设计

整体架构如下图所示：

架构说明：

应用层：提供给用户的接口层
内存管理接口层：统一的内存操作接口
内存记录管理：负责维护内存使用记录
内存分配管理：实际的内存分配操作
链表管理：内存记录的数据结构维护
系统内存：底层的内存资源

3. 核心数据结构

3.1 数据结构关系图

3.2 关键结构体定义

typedef struct sl_heap_record_list_def {
    struct list_head list; /* 链表节点 */
    void *ptr;            /* 申请地址 */
    unsigned int size;    /* 申请大小 */
    unsigned int line;    /* 申请行数 */
    char name[64];        /* 申请函数名 */
} sl_heap_record_list_t;

typedef struct _sl_heap_manager_def {
    unsigned int used_mem;      /* 已经使用内存 */
    unsigned int max_mem;       /* 最大使用内存 */
    sl_heap_record_list_t info; /* 信息记录 */
    unsigned char is_init;      /* 初始化标记 */
} sl_heap_manager_t;

4. 功能实现

4.1 内存分配流程

4.2 内存分配实现

void *_sl_malloc(unsigned int size, const char *func, int line)
{
    void *ptr = NULL;
    sl_heap_record_list_t *plist = NULL;

    if (!heap_mg.is_init) {
        printf("malloc is not init\r\n");
        return NULL;
    }

    pthread_mutex_lock(&malloc_mutex);
    plist = (sl_heap_record_list_t*)malloc(sizeof(sl_heap_record_list_t));
    size = MALLOC_ALIGN(size, MALLOC_ALIGN_SIZE);
    ptr = malloc(size);
    if ((NULL != plist) && (NULL != ptr)) {
        INIT_LIST_HEAD(&plist->list);
        plist->ptr = ptr;
        plist->size = size;
        plist->line = line;
        snprintf(plist->name, sizeof(plist->name), "%s", func);
        list_add_tail(&plist->list, &heap_mg.info.list);
        heap_mg.used_mem += size;
        if (heap_mg.used_mem > heap_mg.max_mem)
            heap_mg.max_mem = heap_mg.used_mem;
    }
    pthread_mutex_unlock(&malloc_mutex);

    return ptr;
}

4.3 内存释放流程

5.特色功能

5.1 内存对齐支持

+-------------------+
|  请求内存大小: 10 |
+-------------------+
         ↓
+-------------------+
| 对齐后大小: 12    |
| (4字节对齐)       |
+-------------------+
         ↓
+----+----+----+----+
| 4B | 4B | 4B |    |
+----+----+----+----+

5.2 内存使用监控

5.3 线程安全机制

6. 使用示例

// 初始化内存管理模块
sl_heap_module_init();

// 分配内存
char *buffer = sl_malloc(100);

// 分配并清零内存
int *numbers = sl_calloc(10, sizeof(int));

// 查看内存使用情况
sl_print_malloc_size();

// 释放内存
sl_free(buffer);
sl_free(numbers);