允许堆在短暂范围内分配对象以确保内存碎片自由

Question

我们在嵌入式系统环境中使用C++，基本上不希望任何种类的动态内存分配（例如，请参阅Resources for memory management in embedded application）我们不这样做的原因）。尽管如此，我们仍然不希望没有一些基于C++的好功能，如STL容器和std :: string。对于第一个，我们会在初始化时保留一个特定的大小，并且不会让容器超出其容量。对于后者（std :: string），我有点怀疑如何“安全”地使用它们，因为它们有时会在堆上分配内存。但我发现使用std :: string（以及其他堆分配对象）的情况很好：我会在堆栈上分配对象本身（在由{}定界的特定范围内因为我正在从C++谈话），并允许它们分配堆，只要它们在超出范围时实际上释放了所有保留的内存。

我明白这种方法并不能保证内存碎片的自由，但我觉得如果手头的范围很短，实际上会在范围结束后产生一个连续的空闲内存。

我也有过怀疑，有可能是一个问题，当多个任务共享同一个堆，但仍然可用内存应在年底连续提供手头的范围都是短暂的（不会阻止为例）。另外，我认为只有一个任务被允许在堆上分配内存，而其他的则不能，如果这真的很重要的话。

我建议使用堆分配对象有效吗？有人有另一种策略（部分）启用动态内存分配而不会冒内存碎片风险吗？

Answer 1

过去我们在紧密嵌入式系统上完成了各种C++风格的动态内存分配。你只需要遵循一些规则，并注意短期和长期的缓冲区。首先，内存池是你的朋友 - 正如文章所述。另外，对于C++在帮助配对和控制结构方面喜欢做出的所有小的（< 64字节）分配，单元分配方案是必不可少的 - 不仅对于分段控制，还有性能。一个单元分配器预分配大量相同大小的内存单元（比如64字节），并将它们放在一个空闲堆栈上。随着内存分配，您将它们从免费堆栈中弹出并返回。因为所有大小都是相同的，所以只有块大小的内部碎片。因为完成后不需要加入内存，分配和释放是O（1）次。

其他一些规则：如果您需要进行长期存在的动态分配，那么在它之前不要有任何短期分配。首先分配大缓冲区，然后是小分区，这样内存不会分散。另一个系统是在堆的后面放置长期分配，在前面放置短期分配。我们也取得了成功。

您也可以使用多个堆（池）来分隔不同类型的分配。如果你有一些东西在代码的一部分中创建了一大堆短期分配，而另一部分则遵循不同的模式，请给他们一个不同的堆。

以上所有内容如果仔细遵循，将会阻止或限制碎片。另一种解决方案是使用可重定位的内存分配系统，其中低优先级线程可以重新排序内存以保持其持续不断。我也看到了这样做了几次 - 为0长期分散性交易一点点。

alloca也可以提供帮助，但是如果你没有遵循内存碎片预防方法，那么你也只能分散堆栈 - 因为这往往是嵌入式土地中更有价值的资源，所以这可能不会是个好主意。

Answer 2

您可能会考虑使用不太流行的alloca函数在堆栈上分配可变大小的变量。这样就不会出现碎片，但是如果对大变量使用alloca，则可能会遇到堆栈溢出。

编辑：关于从GNU C library docs分配的一些信息。