LwIP的內(nèi)存管理分析

　　PBUF_POOL和PBUF_RAM都可以根據(jù)需要從存儲器中動態(tài)分配，這種分配機制又稱為動態(tài)存儲器分配機制。該分配機制不僅能為應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)分配存儲空間，而且能為協(xié)議首部分配存儲空間。在層與層之間傳遞數(shù)據(jù)時，真正需要修改的只是數(shù)據(jù)的格式，使之符合各層的規(guī)范，而數(shù)據(jù)本身不需要變動。實際上數(shù)據(jù)格式反應(yīng)的是各層的首部，當數(shù)據(jù)在各層之間傳送時，需要動態(tài)地添加和移去相應(yīng)的首部，用動態(tài)分配機制可以很好地實現(xiàn)。2.2 應(yīng)用程序管理的存儲器

　　應(yīng)用程序管理的存儲器是指應(yīng)用程序管理、操作的存儲區(qū)域，一般從該區(qū)域為應(yīng)用程序發(fā)送數(shù)據(jù)分配緩存。雖然該存儲區(qū)域不由TCP/IP協(xié)議棧管理，但在不嚴格分層的協(xié)議棧中，該存儲區(qū)域必須與TCP/IP管理的存儲器協(xié)同工作。為節(jié)省內(nèi)存,LwIP不采取分級訪問模式，而是通過指針訪問數(shù)據(jù)。這樣就不需要為數(shù)據(jù)的傳遞分配存儲空間。應(yīng)用程序發(fā)送的數(shù)據(jù)在交付LwIP后，LwIP就認為這些數(shù)據(jù)是不能被改動的，因此應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)被認為是永遠存在并且不能被改變的。這一點與ROM很相似，類型名PBUF_ROM也由此而來。

　　如圖3所示，PBUF_ROM的數(shù)據(jù)指針payload指向External memory(外部存儲區(qū))。External memory指不由TCP/IP協(xié)議棧管理的存儲區(qū)，它可以是應(yīng)用程序管理的存儲器為用戶數(shù)據(jù)分配的緩存，也可以是ROM區(qū)域，如靜態(tài)網(wǎng)頁中的字符串常量等。由于由應(yīng)用程序交付的數(shù)據(jù)不能被改動，因此就需要動態(tài)地分配一個PBUF_RAM來裝載協(xié)議的首部，然后將PBUF_RAM(首部)添加到PBUF_ROM(數(shù)據(jù))的前面。這樣就構(gòu)成了一個完整的數(shù)據(jù)分組。

　　圖3中的PBUF_ROM還可以是PBUF_REF。

　　REF和PBUF_ROM的特性非常相似，都可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的零拷貝。但是當發(fā)送的數(shù)據(jù)需要排隊時就表現(xiàn)出PBUF_REF的特性了。例如在發(fā)送分組時，待發(fā)送的分組需要在ARP隊列中排隊，假如這些分組中有PBUF_ROM類型的pbuf，則說明該類型pbuf中的數(shù)據(jù)位于應(yīng)用程序的存儲區(qū)域，是通過指針被PBUF_ROM引用的。這樣直到分組被處理之前，被引用的應(yīng)用程序的這塊存儲區(qū)域都不能另作它用。在此情況下要用到PBUF_REF類型的pbuf。在排隊時，LwIP會為PBUF_REF類型的pbuf分配緩存(PBUF_POOL或PBUF_RAM)，并將引用的應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)拷貝到分配的緩存中。這樣應(yīng)用程序中被引用數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域就能被釋放。

　　pbuf結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了層與層之間的數(shù)據(jù)傳遞，但其非常消耗內(nèi)存，并且需要TCP/IP協(xié)議棧為之分配存儲空間，例如協(xié)議控制udp_pcb、tcp_pcb等。通常，嵌入式TCP/IP協(xié)議棧都不是嚴格分層的，盡量減少對內(nèi)存的需求是實現(xiàn)嵌入式TCP/IP的重點，內(nèi)核的內(nèi)存管理機制直接關(guān)系到嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的性能。