LwIP的內(nèi)存管理

　　應(yīng)用程序發(fā)送動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)時(shí)，可以用PBUF_RAM類型的pbuf。PBUF_RAM在事先劃分好的內(nèi)存堆中分配。對該內(nèi)存堆的操作類似于C語言中的malloc/free。內(nèi)存堆分配的結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2中每個(gè)被分配的存儲(chǔ)塊附帶了一個(gè)小結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的兩個(gè)指針指向相鄰的內(nèi)存塊。used標(biāo)識位用來指示該內(nèi)存塊的分配情況，陰影部分表示已經(jīng)被分配了，此時(shí)used為1。當(dāng)需要一塊N字節(jié)的存儲(chǔ)塊時(shí)，就對整個(gè)存儲(chǔ)堆進(jìn)行搜索。如果找到一塊未用的(used=0)并且容量不小于N字節(jié)的區(qū)域就表示分配成功，并且置used為1。而分配的內(nèi)存塊使用完后需要釋放，為了不產(chǎn)生碎片，相鄰且未用的內(nèi)存塊需要進(jìn)行合并。

　　PBUF_POOL和PBUF_RAM都可以根據(jù)需要從存儲(chǔ)器中動(dòng)態(tài)分配，這種分配機(jī)制又稱為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器分配機(jī)制。該分配機(jī)制不僅能為應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)分配存儲(chǔ)空間，而且能為協(xié)議首部分配存儲(chǔ)空間。在層與層之間傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，真正需要修改的只是數(shù)據(jù)的格式，使之符合各層的規(guī)范，而數(shù)據(jù)本身不需要變動(dòng)。實(shí)際上數(shù)據(jù)格式反應(yīng)的是各層的首部，當(dāng)數(shù)據(jù)在各層之間傳送時(shí)，需要?jiǎng)討B(tài)地添加和移去相應(yīng)的首部，用動(dòng)態(tài)分配機(jī)制可以很好地實(shí)現(xiàn)。2.2 應(yīng)用程序管理的存儲(chǔ)器

　　應(yīng)用程序管理的存儲(chǔ)器是指應(yīng)用程序管理、操作的存儲(chǔ)區(qū)域，一般從該區(qū)域?yàn)閼?yīng)用程序發(fā)送數(shù)據(jù)分配緩存。雖然該存儲(chǔ)區(qū)域不由TCP/IP協(xié)議棧管理，但在不嚴(yán)格分層的協(xié)議棧中，該存儲(chǔ)區(qū)域必須與TCP/IP管理的存儲(chǔ)器協(xié)同工作。為節(jié)省內(nèi)存,LwIP不采取分級訪問模式，而是通過指針訪問數(shù)據(jù)。這樣就不需要為數(shù)據(jù)的傳遞分配存儲(chǔ)空間。應(yīng)用程序發(fā)送的數(shù)據(jù)在交付LwIP后，LwIP就認(rèn)為這些數(shù)據(jù)是不能被改動(dòng)的，因此應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)被認(rèn)為是永遠(yuǎn)存在并且不能被改變的。這一點(diǎn)與ROM很相似，類型名PBUF_ROM也由此而來。

　　如圖3所示，PBUF_ROM的數(shù)據(jù)指針payload指向External memory(外部存儲(chǔ)區(qū))。External memory指不由TCP/IP協(xié)議棧管理的存儲(chǔ)區(qū)，它可以是應(yīng)用程序管理的存儲(chǔ)器為用戶數(shù)據(jù)分配的緩存，也可以是ROM區(qū)域，如靜態(tài)網(wǎng)頁中的字符串常量等。由于由應(yīng)用程序交付的數(shù)據(jù)不能被改動(dòng)，因此就需要?jiǎng)討B(tài)地分配一個(gè)PBUF_RAM來裝載協(xié)議的首部，然后將PBUF_RAM(首部)添加到PBUF_ROM(數(shù)據(jù))的前面。這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)分組。

　　圖3中的PBUF_ROM還可以是PBUF_REF。

　　REF和PBUF_ROM的特性非常相似，都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的零拷貝。但是當(dāng)發(fā)送的數(shù)據(jù)需要排隊(duì)時(shí)就表現(xiàn)出PBUF_REF的特性了。例如在發(fā)送分組時(shí)，待發(fā)送的分組需要在ARP隊(duì)列中排隊(duì)，假如這些分組中有PBUF_ROM類型的pbuf，則說明該類型pbuf中的數(shù)據(jù)位于應(yīng)用程序的存儲(chǔ)區(qū)域，是通過指針被PBUF_ROM引用的。這樣直到分組被處理之前，被引用的應(yīng)用程序的這塊存儲(chǔ)區(qū)域都不能另作它用。在此情況下要用到PBUF_REF類型的pbuf。在排隊(duì)時(shí)，LwIP會(huì)為PBUF_REF類型的pbuf分配緩存(PBUF_POOL或PBUF_RAM)，并將引用的應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)拷貝到分配的緩存中。這樣應(yīng)用程序中被引用數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域就能被釋放。

　　pbuf結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了層與層之間的數(shù)據(jù)傳遞，但其非常消耗內(nèi)存，并且需要TCP/IP協(xié)議棧為之分配存儲(chǔ)空間，例如協(xié)議控制udp_pcb、tcp_pcb等。通常，嵌入式TCP/IP協(xié)議棧都不是嚴(yán)格分層的，盡量減少對內(nèi)存的需求是實(shí)現(xiàn)嵌入式TCP/IP的重點(diǎn)，內(nèi)核的內(nèi)存管理機(jī)制直接關(guān)系到嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的性能。