RT_Thread内存池详解：提升动态内存效率

内存池管理
动态内存堆可以任意分配大小，使用非常的灵活，
但是在分配的时候都要进行空闲内存查找，这样就降低了分配效率，而且这样会导致大量的内存碎片。
假如系统中的空闲内存有100M ，但是由于动态内存分配原因导致这100M内存分开存放，如：10M 50M 20M 20M 都存放在不同的位置，
当程序员使用rt_malloc需要一次申请60M内存时就会无法申请，所以动态内存分配产生大量的内存碎片会导致内存可用空间浪费。

RT-Thread提供了一套内存管理机制：内存池。
这种机制类似与linux的内存管理机制。
原理就是内存池创建时候会先从系统获取一大块的静态内存，然后分成相同大小块，这些小的内存块通过链表链接，当任务线程想要使用时就从内存池中获取相应的空闲内存块。

物理内存中允许存在多个大小不同的内存池，每一个内存池又由多个空闲内存块组成，内核用它们来进行内存管理。当一个内存池对象被创建时，内存池对象就被分配给了一个内存池控制块，内存控制块的参数包括内存池名，内存缓冲区，内存块大小，块数以及一个等待线程队列。





RT-Thread 操作系统在内存管理上，根据上层应用及系统资源的不同，有针对性地提供了不同的内存分配管理算法。总体上可分为两类：内存堆管理与内存池管理，而内存堆管理又根据具体内存设备划分为三种情况：

第一种是针对小内存块的分配管理(小内存管理算法)
小内存管理算法是一个简单的内存分配算法。初始时，它是一块大的内存。当需要分配内存块时，将从这个大的内存块上分割出相匹配的内存块，然后把分割出来的空闲内存块还回给堆管理系统中。每个内存块都包含一个管理用的数据头，通过这个头把使用块与空闲块用双向链表的方式链接起来
数据结构

struct heap_mem
{
    /* magic and used flag */
    rt_uint16_t magic;/*如果此内存块被分配了,则置0x1ea0,以此标志此块内存是正常分配出来的,而不是非法指针 */
    rt_uint16_t used;/*0:未分配;1:已分配 */

    rt_size_t next, prev;/*前一内存块,后一内存块*/

#ifdef RT_USING_MEMTRACE
    rt_uint8_t thread[4];   /* thread name */
#endif
};
第二种是针对大内存块的分配管理(slab 管理算法)
第三种是针对多内存堆的分配情况(memheap 管理算法)


内存池管理数据结构
内核负责给内存池分配内存池控制块，它同时也接收用户线程的分配内存块申请，当获得这些信息后，内核就可以从内存池中为内存池分配内存。内存池一旦初始化完成，内部的内存块大小将不能再做调整。每一个内存池对象由上述结构组成，
其中 suspend_thread 形成了一个申请线程等待列表，即当内存池中无可用内存块，并且申请线程允许等待时，申请线程将挂起在 suspend_thread 链表上。
/**
 * Base structure of Memory pool object
 */
struct rt_mempool
{
    struct rt_object parent;                            /**< inherit from rt_object */
    void            *start_address;                     /**< memory pool start */
    rt_size_t        size;                              /**< size of memory pool */
    rt_size_t        block_size;                        /**< size of memory blocks */
    rt_uint8_t      *block_list;                        /**< memory blocks list */
    rt_size_t        block_total_count;                 /**< numbers of memory block */
    rt_size_t        block_free_count;                  /**< numbers of free memory block */
    rt_list_t        suspend_thread;                    /**< threads pended on this resource */
    rt_size_t        suspend_thread_count;              /**< numbers of thread pended on this resource */
};
typedef struct rt_mempool *rt_mp_t;