嵌入式Web访问时的内存丢失问题

uClinux将整个物理内存划分成为4 KB的页面。由数据结构page管理，有多少页面就有多少page结构，它们又作为元素组成数组men_map[]。物理页面可作为进程代码、数据和堆栈的一部分，还可存储装入的文件，也可作缓冲区。

uClinux用标准Linux内核变型BuddySystem机制管理空闲物理页面。

3．2 内存丢失原因

由于uClinux提供了跟普通Linux一样的内存分配器，普通Linux中缺省的内存分配器是使用"2的幂"的分配方法，这样可以快速找到符合要求的内存区域。在系统开发过程初期，采用的就是"2的幂"的分配方法。如果一个应用程序要求(X)KB内存空间进行装载，则实际使用占用的内存空间大小为Y=2m(Y≥X)。试想一个65 KB应用程序，如果按照"2的幂"的分配方法，就必须分配128 KB(2的7次方)的内存空间，这样就有63 KB的内存空间不能被利用上。这对于小内存的嵌入式系统来说是相当大的浪费。

多支点触发系统运行时，嵌入式操作系统uClinux使用"2的幂"的内存分配方法，大多数情况下都能正常工作。但在不断反复测试中，偶尔会出现上述页面出错问题。错误的原因是不能获得足够的内存加载程序。通过调试终端，用free命令查看系统内存分配情况如表1所列。

由表1可以看出，空闲的内存空间还有1560 KB，而应用程序所需的内存空间为400多KB，但是内核认为并没有足够的内存空间用来加载程序。例如一个系统内存大小为1 MB，有400KB的空闲内存，为了装载一个应用程序需要分配100 KB的空间。大家可能觉得这个需要肯定能得到满足，然而，由于uClinux必须给应用程序分配连续内存空间的特性，所以必须有100KB连续的内存空间才能满足这个需要。而当系统内存分配如图3所示时，最大的连续内存块的大小只有80 KB，这样是没有办法分配给这个应用程序的。这就是系统中页面访问出错的问题所在，虽然有足够的空闲内存空间，但是没有应用程序所需的连续内存空间。

这就是内存丢失问题。虽然系统会显示大量的可用内存，但是应用程序却不能得到。

4 内存丢失问题的解决

由于系统的内存管理默认采用"2的幂"的分配方法，这就造成了内存空间的巨大浪费，当某些应用程序要申请较大的连续空间时，却不能满足。为了解决这个问题，专门为uClinux内核设计了可选的内存分配器。不同的内核版本，这个可选的内存分配器不同，一般是page_alloc2和kmalloc2。

page_alloc2能解决缺省的分配方法造成的浪费问题。虽然它也是使用"2的幂"的分配方法，但它是按页(每页4 096B，即4 KB)分配的，分配的内存大小如果已经满足了要求，则只是将当前的一页分配出去，其他的就不再分配。还是一个65 KB的应用程序，如果使用这种方法，就只是分配68 KB(≥65 KB，且为整页)即可，这样就能节省60 KB的空间。
    page_alloc2还采取了一些避免内存碎片的方法。它将所有的两页(8 KB)或更少的内存需求从空闲内存开始部分向上分配，所有大的内存需求从剩余内存的末尾部分开始向下分配。这样防止了网络缓存等的临时分配，避免了内存碎片的出现。同时，它支持一次申请超过1 MB的内存空间，这对一些大的应用程序是很好的支持。采用此方法后，在系统运行过程中，并未出现过页面访问出错问题。通过free命令查看内存分配如表2所列。

结 语

在嵌入式系统应用日益广泛的情况下，本文结合嵌入式Web在多支点触发系统中的应用，介绍了Web访问出现的问题以及它的解决方法。在实际应用中，新的内存分配方法能让系统稳定地工作，但是从表2可以发现：采用"page_alloc2'’的内存分配方法时，系统的Cache较小，这就造成了页面访问有一定的延时。而"2的幂"的分配方法，系统的Cache较大，访问速度较快。从这个对比得知，在反应时间要求不是很高的情况下，"page_alloc2"的内存分配方法更适合小内存的嵌入式系统；而"2的幂"的分配方法更合适那些内存足够大的嵌入式系统。系统开发者可以根据实际情况采用不同的方案。