内存分配函数根据用户指定申请大小的内存空间进行分配内存，其大小要大于MIN_SIZE，LwIP中使用内存分配算法是首次拟合方法，其分配原理就是在空闲内存块链表中遍历寻找，直到找到第一个合适用户需求大小的内存块进行分配，如果该内存块能进行分割，则将用户需要大小的内存块分割出来，剩下的空闲内存块则重新插入空闲内存块链表中。经过多次的分配与释放，很可能会出现内存碎片，当然，LwIP也有解决的方法，在内存释放中会进行讲解。 mem_malloc()函数是LwIP中内存分配函数，其参数是用户指定大小的内存字节数，如果申请成功则返回内存块的地址，如果内存没有分配成功，则返回NULL，分配的内存空间会受到内存对其的影响，可能会比申请的内存略大，比如用户需要申请22个字节的内存，而CPU是按照4字节内存对齐的，那么分配的时候就会申请24个字节的内存块。 内存块在申请成功后返回的是内存块的起始地址，但是该内存并未进行初始化，可能包含任意的随机数据，用户可以立即对其进行初始化或者写入有效数据以防止数据错误。此外内存堆是一个全局变量，在操作系统的环境中进行申请内存块是不安全的，所以LwIP使用互斥量实现了对临界资源的保护，在多个线程同时申请或者释放的时候，会因为互斥量的保护而产生延迟。内存分配函数具体见代码清单 5-11。 ``` 1 void * 2 mem_malloc(mem_size_t size_in) 3 { 4 mem_size_t ptr, ptr2, size; 5 struct mem *mem, *mem2; 6 LWIP_MEM_ALLOC_DECL_PROTECT(); 7 8 if (size_in == 0) 9 { 10 return NULL; 11 } 12 13 size = (mem_size_t)LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(size_in); (1) 14 15 if (size < MIN_SIZE_ALIGNED) 16 { 17 18 size = MIN_SIZE_ALIGNED; (2) 19 } 20 21 if ((size > MEM_SIZE_ALIGNED) || (size < size_in)) 22 { 23 return NULL; (3) 24 } 25 26 sys_mutex_lock(&mem_mutex); (4) 27 28 LWIP_MEM_ALLOC_PROTECT(); 29 30 /* 遍历空闲内存块链表 */ 31 for (ptr = mem_to_ptr(lfree); ptr < MEM_SIZE_ALIGNED - size; 32 ptr = ptr_to_mem(ptr)->next) (5) 33 { 34 mem = ptr_to_mem(ptr); (6) 35 36 if((!mem->used)&&(mem->next-(ptr + SIZEOF_STRUCT_MEM))>= size) (7) 37 { 38 if (mem->next - (ptr + SIZEOF_STRUCT_MEM) >= 39 (size + SIZEOF_STRUCT_MEM + MIN_SIZE_ALIGNED)) 40 { 41 ptr2 = (mem_size_t)(ptr + SIZEOF_STRUCT_MEM + size); (8) 42 LWIP_ASSERT("invalid next ptr",ptr2 != MEM_SIZE_ALIGNED); 43 /* create mem2 struct */ 44 mem2 = ptr_to_mem(ptr2); (9) 45 mem2->used = 0; (10) 46 mem2->next = mem->next; 47 mem2->prev = ptr; 48 /* and insert it between mem and mem->next */ 49 mem->next = ptr2; 50 mem->used = 1; (11) 51 52 if (mem2->next != MEM_SIZE_ALIGNED) 53 { 54 ptr_to_mem(mem2->next)->prev = ptr2; (12) 55 } 56 MEM_STATS_INC_USED(used, (size + SIZEOF_STRUCT_MEM)); 57 } 58 else 59 { 60 mem->used = 1; (13) 61 MEM_STATS_INC_USED(used, mem->next - mem_to_ptr(mem)); 62 } 63 64 if (mem == lfree) (14) 65 { 66 struct mem *cur = lfree; 67 /*Find next free block after mem and update lowest free pointer */ 68 while (cur->used && cur != ram_end) 69 { 70 cur = ptr_to_mem(cur->next); (15) 71 } 72 lfree = cur; (16) 73 LWIP_ASSERT("mem_malloc: !lfree->used", 74 ((lfree == ram_end) || (!lfree->used))); 75 } 76 LWIP_MEM_ALLOC_UNPROTECT(); 77 sys_mutex_unlock(&mem_mutex); (17) 78 LWIP_ASSERT("mem_malloc: allocated memory not above ram_end.", 79 (mem_ptr_t)mem +SIZEOF_STRUCT_MEM+size <=(mem_ptr_t)ram_end); 80 LWIP_ASSERT("mem_malloc: allocated memory properly aligned.", 81 ((mem_ptr_t)mem + SIZEOF_STRUCT_MEM) % MEM_ALIGNMENT == 0); 82 LWIP_ASSERT("mem_malloc: sanity check alignment", 83 (((mem_ptr_t)mem) & (MEM_ALIGNMENT - 1)) == 0); 84 85 86 MEM_SANITY(); 87 return (u8_t *)mem + SIZEOF_STRUCT_MEM + MEM_SANITY_OFFSET; (18) 88 } 89 } 90 MEM_STATS_INC(err); 91 LWIP_MEM_ALLOC_UNPROTECT(); 92 sys_mutex_unlock(&mem_mutex); (19) 93 LWIP_DEBUGF(MEM_DEBUG | LWIP_DBG_LEVEL_SERIOUS, 94 ("mem_malloc: could not allocate %"S16_F" bytes\n", (s16_t)size)); 95 return NULL; 96 } ``` * (1)：将用户申请的内存大小进行对齐操作。 * (2)：如果用户申请的内存大小小于最小的内存对齐大小MIN_SIZE_ALIGNED，则设为最小的默认值。 * (3)：如果申请的内存大小大于整个内存堆对齐后的大小，则返回NULL，申请内存失败。 * (4)：获得互斥量，这一句代码在操作系统环境才起作用。 * (5)：遍历空闲内存块链表，直到找到第一个适合用户需求的内存块大小。 * (6)：得到这个内存块起始地址。 * (7)：如果该内存块是未使用的，并且它的大小不小于用户需要的大小加上mem结构体的大小，那么就满足用户的需求。 * (8)：既然满足用户需求，那么这个内存块可能很大，不能直接分配给用户，否则就是太浪费了，那就看看这个内存块能不能切开，如果能就将一部分分配给用户即可，程序能执行到这里，说明内存块能进行分割，那就通过内存块的起始地址与用户需求大小进行偏移，得到剩下的的内存起始块地址ptr2。 * (9)：将该地址后的内存空间作为分割之后新内存块mem2，将起始地址转换为mem结构体用于记录内存块的信息。 * (10)：标记为未使用的内存块，并且将其插入空闲内存块链表中。 * (11)：被分配出去的内存块mem标记为已使用状态。 * (12)：如果mem2内存块的下一个内存块不是链表中最后一个内存块（结束地址），那就将它下一个的内存块的prve指向mem2。 * (13)：如果不能分割，直接将分配的内存块标记为已使用即可。 * (14)：如果被分配出去的内存块是lfree指向的内存块，那么就需要重新给lfree赋值。 * (15)：找到第一个低地址的空闲内存块。 * (16)：将lfree指向该内存块。 * (17)：释放互斥量。 * (18)：返回内存块可用的起始地址，因为内存块的块头需要使用mem结构体保存内存块的基本信息。 * (19)：如果没法分配成功，就释放互斥量并且退出。 如果在初始化后的内存堆中分配了一个大小为24字节的内存块出去，则分配完成的示意图具体见图 5 5。