基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中查找內(nèi)存丟失的策略方案

在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計過程中，要利用數(shù)組保存內(nèi)存分配的每一個塊記錄，在內(nèi)存塊釋放的同時，也將該記錄從數(shù)組中刪除。在主循環(huán)的每次迭代之后，分配的內(nèi)存塊的總數(shù)目將打印出來。理想情況下，要按類型對這些內(nèi)存塊排序，但指向malloc()和free()的調(diào)用則不包含任何類型信息。內(nèi)存分配的大小是最好的標(biāo)識，因此成為設(shè)計工程師需要記錄的信息。此外，還需要存儲分配的內(nèi)存塊地址信息，這樣，當(dāng)調(diào)用釋放函數(shù)時，就可以方便地定位或刪除塊記錄。

在添加和刪除塊記錄時，還需要跟蹤每種大小的內(nèi)存塊數(shù)目，程序的列表1給出了實現(xiàn)上述功能的代碼。

隨著內(nèi)存塊的分配和釋放，數(shù)組：
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　　typedef struct

　　{

　　void * address;

　　size_t size;

　　} BlockEntry;

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跟蹤當(dāng)前存在的所有內(nèi)存塊。另一數(shù)組則跟蹤當(dāng)前存在的每種大小的內(nèi)存塊總數(shù)：

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　　typedef struct

　　{

　　int count;

　　size_t size;

　　} Counter;

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函數(shù)mDisplayTable()允許我們在每次主循環(huán)結(jié)束時輸出結(jié)果。如果printf()不可用，則可利用調(diào)試器中斷系統(tǒng)并檢驗數(shù)組的內(nèi)容。

上述代碼還必須使NUM_SIZES 和 NUM_BLOCKS足夠大，以處理系統(tǒng)中的大量內(nèi)存分配；但也不能太大，從而導(dǎo)致在系統(tǒng)運行之前就已耗盡所有的RAM。

輸出

快速地瀏覽代碼，可以注意到結(jié)構(gòu)類型Sensor的長度定義如下：

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　　typedef struct

　　{

　　int offset;

　　int gain;

　　char name[10];

　　} Sensor;

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假定int為32位數(shù)據(jù)，那么Sensor的長度將為18(4+4+10)，但在測試中，結(jié)果表明為20。編譯器可以在存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)成員之間自由地添加填充，以將對齊強制設(shè)定為一個字邊界。特殊情況下，每個字段開始于一個已存在的字邊界，那么為什么還需要填充呢？填充添加在存儲結(jié)構(gòu)的最末端，如果聲明了一個數(shù)組Sensor，那么該數(shù)組的所有成員(而不僅僅是第一個成員)將會進行字對齊。根據(jù)處理器的不同，字對齊的速度將有所差異，有時這些編譯器將提供可根據(jù)速度選擇字對齊長度的切換開關(guān)。在任何情形下，最好不要根據(jù)源代碼的定義對存儲結(jié)構(gòu)的長度作任何假設(shè)。

下面考察當(dāng)使用這些函數(shù)時，將得到何種類型的輸出。程序清單2給出了一個顯示存儲動態(tài)內(nèi)存方式的示例。程序清單2將通常作為主外部循環(huán)的迭代了10次，并在每次迭代的末尾，調(diào)用函數(shù)mDisplay-Table()輸出分配的內(nèi)存塊情況。

許多內(nèi)存塊均在初始化階段進行分配，但我們對這些內(nèi)存塊并不感興趣，因為這段代碼將不會重復(fù)，因此不會產(chǎn)生內(nèi)存丟失。由于我們并不希望這些內(nèi)存分配導(dǎo)致分配表混亂，因此在啟動感興趣的迭代之前需要將該分配表清空。為了清空分配表，需要調(diào)用函數(shù)mClearTable()。

主循環(huán)調(diào)用的三個不同的函數(shù)

函數(shù)replacer()：指示了一個用來分配內(nèi)存塊并且直到出現(xiàn)循環(huán)迭代才釋放的指針。如果檢驗主循環(huán)中的迭代，可以發(fā)現(xiàn)分配的內(nèi)存塊并未釋放。通過監(jiān)控總數(shù)為20的內(nèi)存塊，從表1可以看出，每次迭代之后的內(nèi)存塊總數(shù)都為1，因此沒有出現(xiàn)內(nèi)存丟失。

函數(shù)growAndShrink()：管理長度為24個結(jié)構(gòu)體的鏈表，該鏈表的長度將隨時間發(fā)生變化，但我們并不希望鏈表無限增長。通過檢驗總數(shù)為24的內(nèi)存塊，我們可以發(fā)現(xiàn)，雖然任意時間內(nèi)存塊的數(shù)目都可能發(fā)生變化，但決不會超過25個。

函數(shù)growForever()：處理內(nèi)存塊長度為44的情形。這里我們可以非常清晰地看到，分配的內(nèi)存塊數(shù)目在持續(xù)增長。當(dāng)首次觀察該表時，可能無法找到表的源頭。我們首先只能快速而粗略對mMalloc()上的條件斷點進行檢驗，該斷點只有當(dāng)長度參數(shù)達到44時才觸發(fā)。當(dāng)?shù)竭_該斷點時，可以檢驗堆棧，以確定進行內(nèi)存分配的地方。工程師完全能夠多次執(zhí)行這樣的操作，因為這種長度的內(nèi)存塊可在多處進行分配。

嚴(yán)格地說，在函數(shù)growForever()中分配的內(nèi)存不是丟失，因為所有分配的內(nèi)存塊均帶有引用，因此理論上可以在后來釋放。如果特定應(yīng)用這樣做，那么結(jié)果就非常明顯。

長度是關(guān)鍵因素

當(dāng)不同類型的對象共享相同長度的內(nèi)存時，上述技術(shù)就不那么有效了。實際中碰到這樣的情形并不多，但即便可能引發(fā)問題，仍然還有很多別的選擇。

更為先進的方法則是為每個記錄存儲類型信息。這并不困難，但我卻不愿采用這種方法，因為該方法要求為函數(shù)mMalloc()的標(biāo)記添加一些新東西。我們可以定義一個列出所有可能分配的類型的枚舉類型。在每次調(diào)用函數(shù)mMalloc()時，將傳遞一個附加的參數(shù)，并且該參數(shù)為枚舉類型中的一個元素。如果在表中該參數(shù)連同地址一起被存儲，那么總能識別出這類對象。

這也使得我們可以將分配長度不同，但類型相關(guān)(如可變長度的字符數(shù)組)的內(nèi)存塊鏈接起來。

C++通過使我們重載或刪除按類基(per-class basis)而使得這種方法更加簡便易行。盡管這是一種有效的方法，但這里我仍然不會采用這種方法，因為我更傾向采用適合C語言環(huán)境的技術(shù)。