嵌入式实时系统ARTs-OS的动态内存管理研究

【摘要】：随着多媒体信息技术和互联网的飞速发展,以及消费类电子产品智能化趋势的加强,嵌入式系统得到越来越广泛和深入的应用。在航空航天、工业控制、医疗等重要领域中,嵌入式系统的安全性和可靠性显得尤为重要。内存管理技术的研究对保证嵌入式实时系统中数据存储的安全性和可靠性具有重要意义。动态内存管理的基本任务就是有效地对动态内存进行分配和回收,并同时保证系统的快速性、可靠性和稳定性。 ARTs-OS是微内核抢占式嵌入式实时操作系统,在对ARTs-OS内核的内存管理模块研究基础上,重点研究动态存储分配算法(DSA),这也是提高嵌入式实时系统性能的关键。ARTs-OS系统中使用的动态内存分配算法有Slab算法,适合对内核堆小块内存的分配和释放;还有伙伴算法,用于对页面的管理,大块内存的分配和释放。通过对常用DSA算法的比较,得出TLSF(Two-Level Segregated Fit)算法是性能最优,且满足嵌入式RTOS的需求,该算法在分配和释放的时间复杂度都是O(1)。通过对TLSF的研究,提出改进的TLSF算法的方案,改进的TLSF算法对TLSF的优化在于结合了先进先出和后进先出两种策略,尽量不切分整块的内存,而选择释放后合并的块进行切分。 在介绍了改进的TLSF算法之后,给出在算法实现过程中所运用到的优化策略。最后编写测试任务对内存管理模块进行性能测试,对TLSF算法,改进TLSF算法以及系统原有的伙伴算法进行比较,给出实验结果,并对各算法分配响应时间、释放响应时间还有内碎片的情况进行分析。实验证明,改进的TLSF算法比TLSF算法有所改进,而且比原系统的伙伴算法性能更优。