嵌入式內(nèi)存管理介紹

任何程序運(yùn)行起來(lái)都需要分配內(nèi)存空間存放該進(jìn)程的資源信息的，C程序也不例外。C程序中的變量、常量、函數(shù)、代碼等等的信息所存放的區(qū)域都有所不同，不同的區(qū)域又有不同的特性。C語(yǔ)言學(xué)習(xí)者、尤其是在學(xué)習(xí)嵌入式的朋友，這些知識(shí)點(diǎn)一定要吃透！

被欺騙的C進(jìn)程

每一個(gè)C語(yǔ)言的程序被執(zhí)行起來(lái)的時(shí)候系統(tǒng)為了更方便開(kāi)發(fā)人員操作，會(huì)給每一個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)虛擬的內(nèi)存空間，它實(shí)際上是從處理內(nèi)存映射出來(lái)的。虛擬內(nèi)存的起始地址結(jié)束地址都是固定的，因此虛擬內(nèi)存的布局都是一樣。比如有三個(gè)進(jìn)程 P1 P2 P3 ,他們雖然得到的物理內(nèi)存是完全不一樣，但是從進(jìn)程的角度來(lái)看他們?nèi)齻€(gè)得到的內(nèi)存確實(shí)一模一樣的。

假設(shè)你正在使用的計(jì)算機(jī)實(shí)際物理內(nèi)存只有 1GB 大小，而當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行了三個(gè)進(jìn)程，Linux 會(huì)將 PM 中的某些內(nèi)存映射為三個(gè)大小均為 4GB 的虛擬內(nèi)存，讓每個(gè)進(jìn)程都以為自己獨(dú)自擁有了完整的內(nèi)存空間，這樣極大地方 便了應(yīng)用層程序的數(shù)據(jù)和代碼的組織。

虛擬內(nèi)存布局：

虛擬內(nèi)存布局分為內(nèi)核空間、棧、堆、數(shù)據(jù)段、代碼段和一個(gè)不允許訪(fǎng)問(wèn)的空間（相當(dāng)于一堵墻）。

一個(gè)用戶(hù)進(jìn)程可以訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)存區(qū)域介于 0x0804 8000 到0xc0000000 之間，這個(gè)“廣袤”的區(qū)域又被分成了幾個(gè)部分，分別用來(lái)存放進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)。 下面讓我們更進(jìn)一步地研究虛擬內(nèi)存中每一個(gè)空間所存放的是什么類(lèi)型的數(shù)據(jù)。

棧內(nèi)存

棧內(nèi)存是用于存放環(huán)境變量、命令行參數(shù)和局部變量的。棧內(nèi)存空間十分有限，默認(rèn)情況下棧的大小為 8M ，在嵌入式開(kāi)發(fā)的時(shí)候我們應(yīng)該盡可能減少使用棧空間。棧空間的增長(zhǎng)，從上（高地址） 往下 （低地址）每當(dāng)有一個(gè)函數(shù)被調(diào)用的時(shí)候，棧就會(huì)從上往下分配一個(gè)段，這一段空間就是一個(gè)棧幀，該內(nèi)存空間用來(lái)存放該函數(shù)的局部變量。

當(dāng)一個(gè)函數(shù)退出（調(diào)用結(jié)束）的時(shí)候，棧空間會(huì)從下往上釋放一個(gè)棧幀，將所有的內(nèi)存歸還給系統(tǒng)。 注意： 棧空間中的內(nèi)存存放的數(shù)據(jù)值是未知的， 因此每一個(gè)局部變量在使用之前最好做好初始化 棧內(nèi)存的空間我們無(wú)法手動(dòng)實(shí)現(xiàn)申請(qǐng)與釋放，都是由系統(tǒng)自動(dòng)完成，我們無(wú)法干預(yù)。

堆空間

堆空間是相對(duì)自由的空間，這是一個(gè)非常重要的區(qū)域，因?yàn)樵诖藚^(qū)域定義的內(nèi)存的生命周期我們是可以控制的：從 malloc( )/calloc( )/realloc( )開(kāi)始，到 free( )結(jié)束，其分配和釋放完全由我們開(kāi)發(fā)者自定義，這就給了我們最大的自由和靈活性，讓程序在運(yùn)行的過(guò) 程當(dāng)中，以最大的效益使用內(nèi)存。

注意：

相對(duì)于棧空間來(lái)說(shuō)，堆的內(nèi)存空間相對(duì)大很多

堆空間的增長(zhǎng)方式，從下（低地址）往上（高地址）

堆空間中的內(nèi)存都屬于匿名空間， 因此需要借助指針來(lái)訪(fǎng)問(wèn)

有開(kāi)發(fā)者自行申請(qǐng)和釋放的，如果沒(méi)有釋放那么這個(gè)空間將一直存在，直到程序結(jié)束。

數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)段中存放著全局變量、靜態(tài)變量、和常量這些數(shù)據(jù)，生命周期與程序一致。程序不止，數(shù)據(jù)不斷（段）。

代碼段

代碼段中又分成了兩個(gè)空間： .text段：存放用戶(hù)的代碼（mian func ...） init段：當(dāng)程序運(yùn)行之初的一些初始化的工作（由編譯器根據(jù)系統(tǒng)來(lái)對(duì)應(yīng)添加的）

內(nèi)存管理是嵌入式學(xué)習(xí)的重點(diǎn)知識(shí)，也是判斷一個(gè)人是否入門(mén)的重要標(biāo)志。內(nèi)存管理學(xué)得好，對(duì)C語(yǔ)言的理解又會(huì)更加深刻一些。

審核編輯：彭菁