基于Linux操作系統(tǒng)的虛擬軟件平臺內存管理設計

殷錫亮

（哈爾濱僑航通信設備有限公司，哈爾濱 150028）

現(xiàn)代嵌入式處理器上越來越多的使用Linux操作系統(tǒng)。這不僅由于Linux是免費開源的，并有眾多的軟件開發(fā)者共同開發(fā)，它也具有實時性等特點，來滿足嵌入式系統(tǒng)開發(fā)所需的特性。雖然Linux本身就提供很好的內存使用機制，但是由于通信軟件對內存使用有其特殊的方式，長期的直接運行于Linux之上會造成很多的內存碎片，造成無法申請到內存。

本文基于Linux操作系統(tǒng)設計了一種虛擬軟件平臺，并著重介紹這個虛擬平臺提供的內存管理機制。

1 Linux操作系統(tǒng)以及虛擬軟件平臺

1.1 Linux操作系統(tǒng)

Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它能運行主要的UNIX工具軟件、應用程序和網絡協(xié)議。它支持32位和64位硬件。Linux繼承了Unix以網絡為核心的設計思想，是一個性能穩(wěn)定的多用戶網絡操作系統(tǒng)。

由于Linux具有的眾多特性，通信設備中越來越多地采用Linux，代替費用昂貴的Vx Works操作系統(tǒng)。盡管會降低一定程度的實時性，但由于實時業(yè)務的逐年下降，取而代之的是非實時的數據業(yè)務，系統(tǒng)對于實時性的依賴程度逐漸降低，這也為使用linux提供了可行性。

1.2 虛擬軟件平臺

通信軟件架構一般采用如下圖的軟件架構模式。

圖1

虛擬軟件平臺位于操作系統(tǒng)與上層軟件之間，屏蔽了操作系統(tǒng)的特性，由于其特殊的作用，所以它必須提供諸如TCP/IP通信，進程間通信，進程調度，內存管理，定時器管理，狀態(tài)機等諸多功能，而最為重要的就是內存管理。

2 內存管理

2.1 內存的分類

系統(tǒng)內存分為堆內存以及棧內存，對于小于2048字節(jié)的內存，一般使用的是棧內存，這種大小的數據區(qū)一般用來傳輸信令數據，對于傳輸更大的數據塊，需要申請的是堆內存。

2.2 內存池初始化

根據分析通信系統(tǒng)軟件架構，大概需要幾種消息類型，它們使用的數據長度大約為128字節(jié)，256字節(jié)，512字節(jié)，1024字節(jié)，2 048 字節(jié)，4 096字節(jié)，8 192字節(jié)，16 384字節(jié)等。（如圖2所示）

圖2

在內存池的構建上，我們也根據需求，分別向操作系統(tǒng)申請堆內存以及棧內存。其中小于以及等于2 048字節(jié)的，申請棧內存，即靜態(tài)數據區(qū)內存；對于大于2 048字節(jié)的，申請堆內存，即動態(tài)內存區(qū)內存。但是動態(tài)內存在內存池初始化后對于操作系統(tǒng)來說，它也變成了靜態(tài)的內存，因為所有的內存申請操作以及回收操作，都是這一片在初始化即申請到的系統(tǒng)內存上面進行。

2.3 內存分配使用算法

根據業(yè)務模塊調用傳進的數據長度參數，判斷數據長度是屬于哪一個數據區(qū)間，如果小于64字節(jié)，即使用64字節(jié)內存池，如果數據長度在64與128之間，則使用128字節(jié)內存池，以此類推。

申請到內存池的內存塊后，內存管理模塊，自動把它從就緒隊列移到運行隊列尾，并根據系統(tǒng)時間戳，申請串號（內存池行號以及列號），申請內存進程ID，對內存塊標注（形成一個唯一的標識），直到內存申請進程釋放這片內存，內存管理模塊根據申請串號在運行隊列找到這片內存，并把它內容清空，放回到就緒隊列尾。

2.4 并發(fā)申請

如果使用內存管理模塊的應用進程為多線程處理，就必須在申請內存的操作以及釋放內存的操作加入互斥機制，比如線程鎖，或者信號的PV操作，等等，用來保護內存管理機制，使其能夠串行地對內存池進行操作。

抑或為了增加系統(tǒng)的并發(fā)性處理機制，可以在初始化的時候明確應用進程使用幾個線程，為每個線程獨立配備一個內存池，這樣不會出現(xiàn)競爭機制，加快了系統(tǒng)的運行速度。

筆者推薦后一種方法，因為通信軟件的系統(tǒng)特性，這種處理方法更有利于系統(tǒng)穩(wěn)定的運行。

3 結語

內存作為一個系統(tǒng)軟件運行依賴最為重要的資源，需要統(tǒng)一地進行分配管理，不能由上層的業(yè)務模塊自行調用系統(tǒng)A P I，去直接操作系統(tǒng)內存，這樣會造成內存碎片的產生，降低系統(tǒng)的可靠性。

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