內存分配函數根據用戶指定申請大小的內存空間進行分配內存，其大小要大于MIN_SIZE，LwIP中使用內存分配算法是首次擬合方法，其分配原理就是在空閑內存塊鏈表中遍歷尋找，直到找到第一個合適用戶需求大小的內存塊進行分配，如果該內存塊能進行分割，則將用戶需要大小的內存塊分割出來，剩下的空閑內存塊則重新插入空閑內存塊鏈表中。經過多次的分配與釋放，很可能會出現內存碎片，當然，LwIP也有解決的方法，在內存釋放中會進行講解。 mem_malloc()函數是LwIP中內存分配函數，其參數是用戶指定大小的內存字節數，如果申請成功則返回內存塊的地址，如果內存沒有分配成功，則返回NULL，分配的內存空間會受到內存對其的影響，可能會比申請的內存略大，比如用戶需要申請22個字節的內存，而CPU是按照4字節內存對齊的，那么分配的時候就會申請24個字節的內存塊。 內存塊在申請成功后返回的是內存塊的起始地址，但是該內存并未進行初始化，可能包含任意的隨機數據，用戶可以立即對其進行初始化或者寫入有效數據以防止數據錯誤。此外內存堆是一個全局變量，在操作系統的環境中進行申請內存塊是不安全的，所以LwIP使用互斥量實現了對臨界資源的保護，在多個線程同時申請或者釋放的時候，會因為互斥量的保護而產生延遲。內存分配函數具體見代碼清單 5-11。 ``` 1 void * 2 mem_malloc(mem_size_t size_in) 3 { 4 mem_size_t ptr, ptr2, size; 5 struct mem *mem, *mem2; 6 LWIP_MEM_ALLOC_DECL_PROTECT(); 7 8 if (size_in == 0) 9 { 10 return NULL; 11 } 12 13 size = (mem_size_t)LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(size_in); (1) 14 15 if (size < MIN_SIZE_ALIGNED) 16 { 17 18 size = MIN_SIZE_ALIGNED; (2) 19 } 20 21 if ((size > MEM_SIZE_ALIGNED) || (size < size_in)) 22 { 23 return NULL; (3) 24 } 25 26 sys_mutex_lock(&mem_mutex); (4) 27 28 LWIP_MEM_ALLOC_PROTECT(); 29 30 /* 遍歷空閑內存塊鏈表 */ 31 for (ptr = mem_to_ptr(lfree); ptr < MEM_SIZE_ALIGNED - size; 32 ptr = ptr_to_mem(ptr)->next) (5) 33 { 34 mem = ptr_to_mem(ptr); (6) 35 36 if((!mem->used)&&(mem->next-(ptr + SIZEOF_STRUCT_MEM))>= size) (7) 37 { 38 if (mem->next - (ptr + SIZEOF_STRUCT_MEM) >= 39 (size + SIZEOF_STRUCT_MEM + MIN_SIZE_ALIGNED)) 40 { 41 ptr2 = (mem_size_t)(ptr + SIZEOF_STRUCT_MEM + size); (8) 42 LWIP_ASSERT("invalid next ptr",ptr2 != MEM_SIZE_ALIGNED); 43 /* create mem2 struct */ 44 mem2 = ptr_to_mem(ptr2); (9) 45 mem2->used = 0; (10) 46 mem2->next = mem->next; 47 mem2->prev = ptr; 48 /* and insert it between mem and mem->next */ 49 mem->next = ptr2; 50 mem->used = 1; (11) 51 52 if (mem2->next != MEM_SIZE_ALIGNED) 53 { 54 ptr_to_mem(mem2->next)->prev = ptr2; (12) 55 } 56 MEM_STATS_INC_USED(used, (size + SIZEOF_STRUCT_MEM)); 57 } 58 else 59 { 60 mem->used = 1; (13) 61 MEM_STATS_INC_USED(used, mem->next - mem_to_ptr(mem)); 62 } 63 64 if (mem == lfree) (14) 65 { 66 struct mem *cur = lfree; 67 /*Find next free block after mem and update lowest free pointer */ 68 while (cur->used && cur != ram_end) 69 { 70 cur = ptr_to_mem(cur->next); (15) 71 } 72 lfree = cur; (16) 73 LWIP_ASSERT("mem_malloc: !lfree->used", 74 ((lfree == ram_end) || (!lfree->used))); 75 } 76 LWIP_MEM_ALLOC_UNPROTECT(); 77 sys_mutex_unlock(&mem_mutex); (17) 78 LWIP_ASSERT("mem_malloc: allocated memory not above ram_end.", 79 (mem_ptr_t)mem +SIZEOF_STRUCT_MEM+size <=(mem_ptr_t)ram_end); 80 LWIP_ASSERT("mem_malloc: allocated memory properly aligned.", 81 ((mem_ptr_t)mem + SIZEOF_STRUCT_MEM) % MEM_ALIGNMENT == 0); 82 LWIP_ASSERT("mem_malloc: sanity check alignment", 83 (((mem_ptr_t)mem) & (MEM_ALIGNMENT - 1)) == 0); 84 85 86 MEM_SANITY(); 87 return (u8_t *)mem + SIZEOF_STRUCT_MEM + MEM_SANITY_OFFSET; (18) 88 } 89 } 90 MEM_STATS_INC(err); 91 LWIP_MEM_ALLOC_UNPROTECT(); 92 sys_mutex_unlock(&mem_mutex); (19) 93 LWIP_DEBUGF(MEM_DEBUG | LWIP_DBG_LEVEL_SERIOUS, 94 ("mem_malloc: could not allocate %"S16_F" bytes\n", (s16_t)size)); 95 return NULL; 96 } ``` * (1)：將用戶申請的內存大小進行對齊操作。 * (2)：如果用戶申請的內存大小小于最小的內存對齊大小MIN_SIZE_ALIGNED，則設為最小的默認值。 * (3)：如果申請的內存大小大于整個內存堆對齊后的大小，則返回NULL，申請內存失敗。 * (4)：獲得互斥量，這一句代碼在操作系統環境才起作用。 * (5)：遍歷空閑內存塊鏈表，直到找到第一個適合用戶需求的內存塊大小。 * (6)：得到這個內存塊起始地址。 * (7)：如果該內存塊是未使用的，并且它的大小不小于用戶需要的大小加上mem結構體的大小，那么就滿足用戶的需求。 * (8)：既然滿足用戶需求，那么這個內存塊可能很大，不能直接分配給用戶，否則就是太浪費了，那就看看這個內存塊能不能切開，如果能就將一部分分配給用戶即可，程序能執行到這里，說明內存塊能進行分割，那就通過內存塊的起始地址與用戶需求大小進行偏移，得到剩下的的內存起始塊地址ptr2。 * (9)：將該地址后的內存空間作為分割之后新內存塊mem2，將起始地址轉換為mem結構體用于記錄內存塊的信息。 * (10)：標記為未使用的內存塊，并且將其插入空閑內存塊鏈表中。 * (11)：被分配出去的內存塊mem標記為已使用狀態。 * (12)：如果mem2內存塊的下一個內存塊不是鏈表中最后一個內存塊（結束地址），那就將它下一個的內存塊的prve指向mem2。 * (13)：如果不能分割，直接將分配的內存塊標記為已使用即可。 * (14)：如果被分配出去的內存塊是lfree指向的內存塊，那么就需要重新給lfree賦值。 * (15)：找到第一個低地址的空閑內存塊。 * (16)：將lfree指向該內存塊。 * (17)：釋放互斥量。 * (18)：返回內存塊可用的起始地址，因為內存塊的塊頭需要使用mem結構體保存內存塊的基本信息。 * (19)：如果沒法分配成功，就釋放互斥量并且退出。 如果在初始化后的內存堆中分配了一個大小為24字節的內存塊出去，則分配完成的示意圖具體見圖 5 5。