FreeRTOS heap 4 机制解析

FreeRTOS提供了几个内存管理的方案，其中一个实现较好的方式是heap4。本篇就来形象讲述heap4的工作原理。

本文暂时只用作自己对heap4的工作机制的总结和记录，有空了再修改成教程吧，所以，很多临时的图片就直接往上贴了

基本原理：

ucHeap是一块由bss段分配的内存区域，heap4的核心内存管理特点是只监控空闲块（free block），不直接监控分配块。不管是空闲块还是分配块，其内存空间都由一个2-word的控制结构开头，第一个word是下一个空闲块的地址，第二个word用来标记内存大小。

空闲块由xStart开始，依次通过链表连接在一起组成free list。分配空间时，将会从头（xStart）开始找空间足够的空闲块。找到后，将空闲块原来的控制块进行修改，第一个word修改为0，表示该块已经不是空闲块。由于现在这个空闲块的一部分已经被分配，所以第二给我word将被修改为新分配的大小（注意，这里的新分配的大小不仅仅是malloc时候请求的size，而是要加上前面的控制块的大小并且进行对其处理。对于每一个内存控制块而言，其第二个word总是用于被描述其所管理的整个、也就是包含控制块自身的内存的大小），另外，由于该块已经被分配，将第二个word的最高位标记为1，用于分配标记（因此先前括号中我使用了“描述”这个词而不是“等于”）。那么从空闲块中分离出来剩下的那部分内存（如果还有多余的话）怎么办呢，答案是将这部分内存分离出来，成为一个新的空闲块，链接到原有的free list中（注意，这个链接过程最后得到的free list的链的方向一定是单向的）。然后将控制块偏移2个word的地址作为分配内存指针由返回值返回。

对于内存的释放，将申请得到的内存指针往前偏移2个word，然后根据释放后内存是否有可能连续的算法，尝试往前或者往后合并内存块，这个过程就这样带过，看源码的话基本上就能知道这个过程。

整个过程基本上就是这样，heap4的几个要点：

空闲块的第一个word指向下一个空闲块；
空闲块的第二个word等于这个空闲块的整个大小；
分配块的第一个word为NULL；
分配块的第一个word等于这个分配块的大小加上flag标记；
空闲块链表永远是单向链接；
分配内存时采用内存分裂算法，不断地从空闲块中申请内存；
释放内存时采用内存拼接算法，尝试拼接内存地址连续的空闲块；

cloud制作了一个在linux环境下分析内存的工具，用于从运行的系统中，将mcu全部内存dump出来，找出所有的分配块和空闲块。这个工具用于分析系统奔溃情况下FreeRTOS系统的内存管理是否出现异常，便于内存分析快速定位问题。地址如下：

https://github.com/442534820/fh4ct.git