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面向嵌入式实时系统的动态内存管理方法研究

面向嵌入式实时系统的动态内存管理方法研究

作者：李志军重庆大学

学位级别：硕士

随着多媒体信息技术和互联网的飞速发展,以及消费类电子产品智能化趋势的加强,嵌入式系统得到越来越广泛和深入的应用。在航空航天、工业控制、医疗等重要领域中,嵌入式系统的安全性和可靠性显得尤为重要。内存管理技术的研究对保证嵌... 详细信息

随着多媒体信息技术和互联网的飞速发展,以及消费类电子产品智能化趋势的加强,嵌入式系统得到越来越广泛和深入的应用。在航空航天、工业控制、医疗等重要领域中,嵌入式系统的安全性和可靠性显得尤为重要。内存管理技术的研究对保证嵌入式实时系统中数据储存的安全性和可靠性具有重要意义。动态内存管理的基本任务就是有效地对动态内存进行分配、回收,并同时保证系统的快速性、可靠性和稳定性。本文面向嵌入式实时应用的需求,融合最先适应法和伙伴算法的精髓,并针对这两种算法的不足之处,提出了一种新的适用于嵌入式系统的动态内存管理方案-----自适应动态内存管理算法,重点就如何减少内存碎片、如何快速实现内存分配释放回收、以及如何提高内存利用率,提出了新的构想与实现。该算法将大块内存的申请与小块内存的申请分开处理,对于小块的内存分配采用固定大小的内存分配方式,减少了内存碎片的产生,而大块内存分配采用按请求的实际大小来分配的内存分配方式,有效的提高了内存利用率;物理块链表的引入弥补了传统最先适应法中内存释放回收时间过长的问题,节约了释放已分配块和合并相临空闲块的时间;统计域记录了相应空闲链表中内存块被应用程序所请求的频率,使空闲块链表的调整有了依据,使自适应性得到了充分的体现;分割后剩余内存块最先被分配的原则避免了去分割其他的大块内存,将问题归结于局部,这在一定程度上也加快了内存分配的速度并减少了内部碎片的产生。另外,本文针对嵌入式应用中经常遇到的动态内存泄漏问题,给出了一种基于自适应动态内存管理算法的动态内存泄漏检测方法,实现了对内存泄漏或内存重复释放的精确定位,对保证系统稳定、可靠的运行起到了一定的促进作用。该方法利用自适应动态管理算法的日志记录实现了对动态内存的跟踪,通过对日志记录扫描分析,可以准确的检测出系统中是否发生了内存泄漏或内存重复释放操作,并可确定发生内存泄漏或内存重复释放操作的文件名、行号、操作时间等相关信息。最后,文章通过几个模拟实验验证了自适应动态内存管理算法及内存泄漏检测方法的实际可行性和优越性。

关键词：嵌入式实时系统内存泄漏内存碎片动态内存管理

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基于内存热插拔的虚拟机动态内存管理系统

基于内存热插拔的虚拟机动态内存管理系统

作者：马博华中科技大学

学位级别：硕士

内存资源是虚拟化技术管理的重要资源之一，对虚拟化系统的性能影响很大。目前，虚拟机在启动之前都会配置一个内存上限，该内存上限在虚拟机运行过程中不可更改。然而，虚拟机上运行的应用是多种多样的并且动态变化的，内存需求很难预... 详细信息

内存资源是虚拟化技术管理的重要资源之一，对虚拟化系统的性能影响很大。目前，虚拟机在启动之前都会配置一个内存上限，该内存上限在虚拟机运行过程中不可更改。然而，虚拟机上运行的应用是多种多样的并且动态变化的，内存需求很难预知。因此目前静态的虚拟机内存管理方式导致有的虚拟机内存不能满足应用需求，而有的虚拟机内存富余。对此，需要一种虚拟机的动态内存管理技术来保证有限内存的高效使用。基于内存热插拔的虚拟机动态内存管理系统（DMM）可以有效地解决了上述问题。该系统基于Xen的半虚拟化模型，实现了虚拟机内存热插拔，动态内存分配，动态创建虚拟机三个主要功能。虚拟机内存热插拔利用Linux内存热插拔机制，实现虚拟机上的内存热插拔，可以突破虚拟机初始的内存上限，任意增加或减小内存。动态内存分配可以实时监控虚拟机的内存信息，预测虚拟机的内存需求，周期性地重新分配虚拟机内存，平衡虚拟机的内存压力。动态创建虚拟机可以在物理机内存不足时，通过合理减小现有虚拟机的内存来创建新虚拟机，实现内存过量使用。系统测试与结果分析表明：与气球驱动相比，虚拟机内存热插拔不存在内存上限，扩展性更好，并且没有更多的性能开销;动态内存分配能够显著提高运行内存密集型应用的虚拟机性能;动态创建虚拟机可以在一台物理机上创建更多的虚拟机，提高物理机的内存利用率。

关键词：虚拟机动态内存管理内存热插拔

嵌入式实时系统ARTs-OS的动态内存管理研究

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嵌入式实时系统ARTs-OS的动态内存管理研究

作者：胡雨翠华中科技大学

学位级别：硕士

随着多媒体信息技术和互联网的飞速发展,以及消费类电子产品智能化趋势的加强,嵌入式系统得到越来越广泛和深入的应用。在航空航天、工业控制、医疗等重要领域中,嵌入式系统的安全性和可靠性显得尤为重要。内存管理技术的研究对保证嵌入式实时系统中数据存储的安全性和可靠性具有重要意义。动态内存管理的基本任务就是有效地对动态内存进行分配和回收,并同时保证系统的快速性、可靠性和稳定性。 ARTs-OS是微内核抢占式嵌入式实时操作系统,在对ARTs-OS内核的内存管理模块研究基础上,重点研究动态存储分配算法(DSA),这也是提高嵌入式实时系统性能的关键。ARTs-OS系统中使用的动态内存分配算法有Slab算法,适合对内核堆小块内存的分配和释放;还有伙伴算法,用于对页面的管理,大块内存的分配和释放。通过对常用DSA算法的比较,得出TLSF(Two-Level Segregated Fit)算法是性能最优,且满足嵌入式RTOS的需求,该算法在分配和释放的时间复杂度都是O(1)。通过对TLSF的研究,提出改进的TLSF算法的方案,改进的TLSF算法对TLSF的优化在于结合了先进先出和后进先出两种策略,尽量不切分整块的内存,而选择释放后合并的块进行切分。在介绍了改进的TLSF算法之后,给出在算法实现过程中所运用到的优化策略。最后编写测试任务对内存管理模块进行性能测试,对TLSF算法,改进TLSF算法以及系统原有的伙伴算法进行比较,给出实验结果,并对各算法分配响应时间、释放响应时间还有内碎片的情况进行分析。实验证明,改进的TLSF算法比TLSF算法有所改进,而且比原系统的伙伴算法性能更优。

关键词：嵌入式实时系统动态内存管理动态存储分配算法伙伴算法二级分段匹配算法

嵌入式实时系统中动态内存管理算法的设计与实现

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计算机与现代化 2015年第7期 103-107页

作者：沈非一张延园林奕西北工业大学计算机学院陕西西安710129

嵌入式实时系统中内存管理是非常重要的组成部分,在兼顾实时性和内存碎片率指标的要求下,本文基于伙伴系统和TLSF算法设计一种新的动态内存管理算法。该算法对于小块内存和大块内存采取不同的处理方式,小块内存利用伙伴算法管理,大块内... 详细信息

嵌入式实时系统中内存管理是非常重要的组成部分,在兼顾实时性和内存碎片率指标的要求下,本文基于伙伴系统和TLSF算法设计一种新的动态内存管理算法。该算法对于小块内存和大块内存采取不同的处理方式,小块内存利用伙伴算法管理,大块内存利用二级分段索引管理并调整二级索引的分配和释放队列顺序,同时对内存的分割条件予以限定。算法选用μCos-III操作系统作为实验平台,在系统原有的内存管理算法基础上进行实现,实验结果表明该算法具有较好的时间和碎片率综合性能。目前该算法已经得到了实际应用。

关键词：动态内存管理 μCos-Ⅲ 伙伴系统 TLSF

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嵌入式实时动态内存管理机制

计算机工程 2009年第20期35卷 264-266,269页

作者：顾胜元杨丹黄海伦重庆大学软件工程学院重庆400044 中兴通讯股份有限公司深圳518004

长时间持续运行的通信设备必须满足实时性、可靠性和高效性的需求,针对通信领域的该特点,提出一种嵌入式实时动态内存管理机制。该机制对嵌入式系统有限的内存资源进行统一再分配,为频繁申请和释放内存块的应用分配独立的内存空间。实... 详细信息

长时间持续运行的通信设备必须满足实时性、可靠性和高效性的需求,针对通信领域的该特点,提出一种嵌入式实时动态内存管理机制。该机制对嵌入式系统有限的内存资源进行统一再分配,为频繁申请和释放内存块的应用分配独立的内存空间。实验结果表明,该机制能实时地提高动态内存管理效率,减少内存碎片,保证系统的健壮性,还提供了内存越界和内存泄漏的检测手段。

关键词：动态内存管理实时性分配

Nucleus PLUS的动态内存管理机制研究

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单片机与嵌入式系统应用 2018年第4期18卷 6-10页

作者：姬希娜浮明军冯利虎张群玲杨静许继电气许昌461000

Nucleus PLUS是一种嵌入式实时操作系统内核,其内存管理采用实存储器管理技术。本文详细研究了Nucleus PLUS动态内存管理机制及实现细节,针对主要系统函数介绍测试思路及测试用例设计方法。最后从内存碎片和内存越界风险两个角度对该内... 详细信息

Nucleus PLUS是一种嵌入式实时操作系统内核,其内存管理采用实存储器管理技术。本文详细研究了Nucleus PLUS动态内存管理机制及实现细节,针对主要系统函数介绍测试思路及测试用例设计方法。最后从内存碎片和内存越界风险两个角度对该内存管理机制进行评估,提出改进措施和内存越界检测方法。为基于本版本Nucleus PLUS的嵌入式开发在动态内存使用方面提供参考和指导。

关键词： Nucleus PLUS 动态内存管理内存分配内存释放内存越界

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嵌入式实时动态内存管理机制研究与应用

重庆工学院学报（自然科学版） 2009年第1期23卷 117-121页

作者：顾胜元杨丹黄海伦重庆大学软件学院重庆400044 中兴通讯股份有限公司广东深圳518004

针对长时间持续运行的通信设备必须满足实时性、可靠性和高效性需求的特点,提出并实现了一种新方案.该方案可对嵌入式系统有限的内存资源进行统一再分配,为频繁申请和释放内存块的应用分配独立的内存空间,不仅可提高动态内存管理的实时... 详细信息

针对长时间持续运行的通信设备必须满足实时性、可靠性和高效性需求的特点,提出并实现了一种新方案.该方案可对嵌入式系统有限的内存资源进行统一再分配,为频繁申请和释放内存块的应用分配独立的内存空间,不仅可提高动态内存管理的实时性,减少内存碎片,保证系统的健壮性,而且提供了内存越界和内存泄漏检测手段.

关键词：动态内存管理嵌入式系统实时操作系统

基于BWDSP104X系统的嵌入式操作系统内存管理和上下文切换的实时性研究

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基于BWDSP104X系统的嵌入式操作系统内存管理和上下文切换的实时...

作者：权彦清中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着个人消费类电子产品、工业控制、通信以及国防领域的发展,对嵌入式实时系统的灵活性和功能性有了更高的要求。嵌入式实时操作系统,以其具有多任务管理能力、可剪裁性、可配置、低功耗、高实时性等优点在嵌入式系统中得到广泛应用。... 详细信息

随着个人消费类电子产品、工业控制、通信以及国防领域的发展,对嵌入式实时系统的灵活性和功能性有了更高的要求。嵌入式实时操作系统,以其具有多任务管理能力、可剪裁性、可配置、低功耗、高实时性等优点在嵌入式系统中得到广泛应用。为了在嵌入式系统中支持多任务管理的功能,需要操作系统提供多任务管理能力,多任务的切换过程会发生上下文切换操作。为了降低系统中任务切换时的开销,实时操作系统需要有一个快速的上下文切换机制。此外,为了满足嵌入式应用领域对灵活性和功能性的需求,嵌入式操作系统需要提供具有灵活性的内存管理机制——动态内存管理,同时要克服动态内存管理在实时性方面的缺点。本文针对上述两方面问题,结合项目所用的雷达信息采集数字信号处理器系统——BWDSP104X系统的特性,对操作系统动态内存管理机制和上下文切换机制的实时性进行研究和分析。本文的工作主要有以下两个方面： 1.为了满足项目对系统实时性的要求,我们为RTEMS操作系统增加了一个具有实时性的动态内存管理器,该管理器基于TLSF(Two-level Segregated Fit)算法。首先,我们对TLSF算法进行静态分析,从其内存分配和回收的代码上分析其时间复杂度;之后,通过实验对比基于TLSF算法的动态内存管理器和RTEMS操作系统中原来的动态内存管理器在内存分配和释放操作上的时间性能和碎片率。实验结果表明,基于TLSF算法的动态内存管理器比RTEMS中的内存管理器具有更好的时间性能和更低的碎片率。 2.在BWDSP104X系统中上下文相关寄存器的数量高达1303个,我们在完成RTEMS操作系统在BWDSP104X设备上的移植之后,为了提高系统上下文切换的性能,通过对BWDSP104X系统的上下文切换的时间进行建模,利用BWDSP104X系统提供的双数据通路和对存储系统具有并行访问的特性,提出了一种上下文切换的优化方法——双数据通路上下文切换方法(Context Switching via Dual Data Paths,CSDDP)。 CSDDP方法将任务上下文相关的寄存器组分为两部分,分别保存在可以并行访问的内存中,通过BWDSP104X系统的双数据通路并行存取这两部分的内容。最后,将CSDDP方法在RTEMS操作系统中进行了实现。运行结果表明,在BWDSP104X系统中,采用CSDDP方法能将上下文的保存和恢复时间降低为原来单数据通路切换时间的49.04%。

关键词：实时性嵌入式操作系统动态内存管理上下文切换

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基于OSP平台的内存管理研究及实现

基于OSP平台的内存管理研究及实现

作者：吴俊杰武汉理工大学

学位级别：硕士

随着通信技术和互联网行业的迅猛发展,以及电子智能产品的普及,嵌入式系统的应用越来越广泛。新一代全球无线通信标准LTE的提出,使得嵌入式软件平台的开发逐步成为通信领域设备级嵌入式单板软件新的开发模式和实现思想。内存管理的基本... 详细信息

随着通信技术和互联网行业的迅猛发展,以及电子智能产品的普及,嵌入式系统的应用越来越广泛。新一代全球无线通信标准LTE的提出,使得嵌入式软件平台的开发逐步成为通信领域设备级嵌入式单板软件新的开发模式和实现思想。内存管理的基本任务就是有效地对动态和静态内存进行分配、回收,并同时保证系统的快速性和稳定性。因此,本文研究基于嵌入式软件平台的内存管理技术,对保证通信系统中数据存储和发送的安全性和可靠性具有重要意义。本文基于嵌入式软件平台OSP,对四种常用的动态内存管理算法的实现原理、算法性能和基带处理单元BBU的内存需求进行分析,研究出适用于OSP平台的内存管理方案R3,设计和实现OSP平台的内存管理,并在支持PowerPC体系结构的嵌入式系统下,通过Linux终端对BBU板内存管理模块进行功能测试,分析测试结果,验证OSP平台内存管理的可行性。本文主要工作如下： (1)研究了嵌入式软件平台OSP的相关原理,设计出OSP平台内存管理模块的总体框架,并讲解了实现系统内存管理的关键技术,包括进程内存分布、内存分配方式、虚拟内存、内存碎片的分类、如何减少内存碎片等。 (2)研究了Glibc、TCMalloc、TLSF、Memory Pool等四种常用的动态内存管理算法的原理,比较各算法在不同系统需求下的优势与不足,在X86和PPC环境下,编程实现了算法的性能测试,并对BBU内存需求进行分析,研究出符合OSP应用实际需求的内存管理方案R3。 (3)采用内存管理方案R3,将内存区域分类,设计了基本数据结构及全局变量,通过编码实现了OSP平台的内存管理,包括内存初始化、内存申请、内存释放、内存的线程Cache、内存信息查看、当前任务内存信息查看、内存覆盖检查、内存经验值统计和内存转换等,为在基带处理单元BBU硬件上实现OSP平台的内存管理打下了基础。 (4)分析了基带处理单元BBU板的硬件架构和主要单元的功能,在PPC环境下对OSP内存管理模块进行板级测试,按照测试流程对各进程的内存数据进行逐步分析和统计,最终在硬件上实现了OSP平台的内存管理,为基带处理单元BBU在OSP平台下的消息通信提供了高效、稳定的内存管理机制。

关键词：嵌入式软件平台 OSP 动态内存管理内存管理算法 BBU