注：本文的大部分內(nèi)容摘錄自論文《TLSF: a New Dynamic Memory Allocator for Real-Time Systems》，可以通過“科學(xué)上網(wǎng)”訪問如下鏈接閱讀原文：http://www.gii.upv.es/tlsf/files/ecrts04_tlsf.pdf。

什么是TLSF

TLSF是Two Level Segregated Fit memory allocator的縮寫，是一種動態(tài)內(nèi)存分配算法。名稱中有兩個關(guān)鍵詞，Segregated Fit和Two Level。

首先我們來了解什么是Segregated Fit。在內(nèi)存分配算法中，空閑內(nèi)存塊的管理是算法的核心。根據(jù)尋找空閑內(nèi)存塊的策略，可以將內(nèi)存分配算法分為以下幾種：

• Sequential Fit：將所有的空閑內(nèi)存塊，放入到一個單向/雙向鏈表中。這是最基礎(chǔ)的管理策略。算法非常簡單，但尋找空閑內(nèi)存塊的效率依賴于鏈表的大小。
• Segregated Fit：將所有的空閑塊，放入到一組鏈表中，每一個鏈表中只包含某一個大小范圍的空閑塊。例如最典型的dlmalloc算法。
• Buddy System： Segregate Fit算法的變種，具有更好的切割和合并效率，又很多變種，如Binary Buddies，F(xiàn)ibonacci Buddies， Weighted Buddies等。通常這類算法的內(nèi)部碎片化問題比較嚴(yán)重。
• Indexed Fit：通過一些高階的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來索引（Index）空閑的內(nèi)存塊。例如基于平衡樹的“Best Fit”算法。
• Bitmap Fit： Indexed Fit算法的變種，通過一小段內(nèi)存的位圖來標(biāo)記對應(yīng)的內(nèi)存是空閑的還是使用中。

所以TLSF是一種通過一組鏈表來管理不同大小內(nèi)存塊的內(nèi)存分配算法。

為什么稱為Two Level？

基本的Segregated Fit算法是使用一組鏈表，每個鏈表只包含特定長度范圍來的空閑塊的方式來管理空閑塊的，這樣鏈表數(shù)組的長度可能會很大。如下圖，TLSF為了簡化查找定位過程，使用了兩層鏈表。第一層，將空閑內(nèi)存塊的大小根據(jù)2的冪進(jìn)行分類，如（16、32、64…）。第二層鏈表在第一層的基礎(chǔ)上，按照一定的間隔，線性分段。比如2的6次方這一段，分為4個小區(qū)間【64,80），【80,96），【96,112），【112，128）.每一級的鏈表都有一個bitmap用于標(biāo)記對應(yīng)的鏈表中是否有內(nèi)存塊。比如第一級別bitmap的后4bit位0100，即2的6次方這個區(qū)間有空閑塊。對應(yīng)的第二級鏈表的bitmap位0010及【80,96）這個區(qū)間有空閑塊，即下面的89 Byte。

給定一個內(nèi)存塊的大小，確定在兩級鏈表中的位置（f,s）的算法如下：

其中2的SLI次冪表示第二級鏈表的區(qū)間大小，比如上圖中，區(qū)間大小為16，即2的4次方。這樣大小為460字節(jié)的空閑快在鏈表中的位置為f=8,s=12,如下圖：

TLSF適用環(huán)境

實(shí)時系統(tǒng)RTOS對內(nèi)存分配算法有以下兩個要求：

• 內(nèi)存分配/釋放的執(zhí)行時間可預(yù)期，可接受的。由于RTOS對指令的執(zhí)行時間有嚴(yán)格要求，所以常常采用靜態(tài)內(nèi)存分配的方法，以獲得一個可以預(yù)期的執(zhí)行時間。
• 內(nèi)存分配算法的碎片化程度要低，這是由于RTOS往往長時間執(zhí)行，碎片化程度高會導(dǎo)致內(nèi)存分配失敗。

TLSF算法的目標(biāo)運(yùn)行系統(tǒng)是：

• 可信的執(zhí)行環(huán)境，Trusted Environment，應(yīng)用不會故意破壞數(shù)據(jù)或者竊取數(shù)據(jù)。
• 有限的物理內(nèi)存。
• 沒有物理MMU來支持虛擬內(nèi)存。

為了在這樣的環(huán)境下運(yùn)行，TLSF算法使用了如下的策略：

• Immediate coalescing，立即合并，當(dāng)內(nèi)存塊被釋放后，立即與相鄰的空閑內(nèi)存塊合并，以獲得一個更大的空閑塊，插入到鏈表的相應(yīng)位置。這樣可以減少碎片化。
• Splitting threshold，分割閾值，最小可分配的內(nèi)存塊大小為16字節(jié)，應(yīng)用一般不會分配一些基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如int、char等。限定最小可分配大小為16字節(jié)，這樣可以在空閑的內(nèi)存塊中存儲一些管理信息。
• Good-fit strategy，TLSF會盡可能的返回一個最小的、能夠滿足需求的內(nèi)存塊。
• Same strategy for all block sizes，對于不同大小的內(nèi)存請求，TLSF只有一個分配策略，實(shí)現(xiàn)相對簡單，執(zhí)行時間可以預(yù)期。相應(yīng)的dlmalloc根據(jù)所請求的內(nèi)存大小不同，有多達(dá)4種內(nèi)存分配策略。
• Memory is not cleaned-up，分配個應(yīng)用的內(nèi)存沒有被請0.

TLSF的特點(diǎn)在于：

• 可以預(yù)期的分配執(zhí)行時間，無論對于多達(dá)的內(nèi)存分配請求，TLSF可以在限定的時間內(nèi)完成分配。
• 碎片化程度低。

未完待續(xù)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的TLSF算法分析(内存分配算法详解)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。