内存管理：内存堆管理
内存堆管理用于管理一段连续的内存空间，如下图所示：
内存堆可以在当前资源满足的情况下，根据用户的需求分配任意大小的内存块。而当用户不需要使用这些内存块时，又可以释放回堆中供其他应用分配使用。通常，操作系统为了满足不同的需求，以RT-Thread为例，它提供了不同的内存管理算法，分别是之前所说的小内存管理算法、Slab内存管理算法和memheap内存管理算法。
小内存管理算法主要针对系统资源比较少，一般用于小于2MB内存空间的系统；而Slab内存管理算法则主要是在系统资源比较丰富时，提供了一种近似多内存池管理算法的快速算法。除上述之外，RT-Thread还有一种针对多内存堆的管理算法，即memheap管理算法。Memheap方法适用于系统存在多个内存堆的情况，它可以将多个内存“粘贴”在一起，形成一个大的内存堆，用户使用起来会非常方便。
目录
一、小内存管理算法
1）magic
2）used
1）Pool_ptr
二、Slab内存管理算法
1）内存分配
2）内存释放
三、Memheap内存管理算法
四、常见的动态内存错误
五、内存碎片是如何产生的？
注：因为内存堆管理器要满足多线程情况下的安全分配，会考虑多线程间互斥问题，所以要注意不要在中断服务例程中分配或释放动态内存块。因为它们可能会引起当前上下文被挂起等待。
一、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。如下图所示：
每个内存块（不管是已分配的内存块还是空闲的内存块）都包含一个数据头，其中包括：
1）magic
变数（或称为幻数），它会被初始化成0x1ea0（即英文单词heap），用于标记这个内存块是一个内存管理用的内存数据块；变数不仅仅用于标记这个数据块是一个内存管理用的内存数据快，实质也是一个内存保护字：
如果这个区域被改写，那么也意味着这块内存块被非法改写（正常情况下只有内存管理器才会去碰这块内存）。
2）used
指示出当前内存块是否已被分配。内存管理的表现主要体现在内存的分配与释放上，小型内存管理算法可以用以下例子体现出来。如图所示：
堆开始：
堆起始地址存储内存使用信息，堆起始地址指针，堆结束地址指针，最小堆空闲地址指针和内存大小。
每个内存块（无论是已分配的内存块还是空闲的内存块）都包含一个数据头，包括：
1）Pool_ptr
小内存对象地址。如果内存块的最后一位为1，则标记为使用。可以通过该地址计算快速获得小内存算法结构体成员。
如下图所示的内存分配情况，空闲链表指针Ifree初始指向32字节的内存块。当用户线程要再分配一个64字节的内存块时，但此Ifree指针指向的内存块只有32字节，所以并不满足需求，所以内存管理器会继续寻找下一块内存块，当找到下一块内存块128字节时，它满足分配需求，因为这个内存块比较大，分配器将把此内存块进行拆分，余下的内存块（52字节）继续留在Ifree链表中，如下图分配64字节后的链表结构所示：
另外，在每次分配内存块前，都会留出12字节数据头用于magic、used信息及链表节点使用。返回给应用的地址实际上是这块内存快12字节以后的地址，前面的12字节数据头是用户永不应该碰的部分（注：12字节数据头长度会与系统对齐差异而有所不同）。
释放时则是相反的过程，但分配器会查看前后相邻的内存块是否空闲，如果空闲，则合并成一个大的空闲内存块。
二、Slab内存管理算法
Slab分配器会根据对象的大小分成多个区（zone），也可以看成每类对象有一个内存池，如下图所示：
一个zone的大小在32K到128K字节之间，分配器会在堆初始化时根据堆的大小自动调整。系统中的zone最多包括72钟对象，一次最大能够分配16K的内存空间，如果超出了16K，那么直接从页分配器中分配。每个zone上分配的内存块大小是固定的，能够分配相同大小内存块的zone会链接再一个链表中，而72中对象的zone链表则放在一个（zone_array[]）数组中统一管理。
下面是内存分配在主要的两种操作：
1）内存分配
假设分配一个32字节的内存，Slab内存分配器会先按照32字节的值，从zone_array链表表头数组中找到相应的zone链表。如果这个链表是空的，则向页分配器分配一个新的zone，然后从zone中返回第一个空闲内存块。如果链表非空，则这个zone链表中的第一个zone节点必然有空闲块存在（否则它就不应该再这个链表中），那么就取相应的空闲块。如果分配完成后，zone中所有空闲内存块都是用完毕，那么分配器需要再把这个zone节点从链表中删除。
2）内存释放
分配器需要找到内存块所在的zone节点，然后把内存块链接到zone的空闲内存块链表中。如果此时zone的空闲链表指示出zone的所有内存块都已经释放，即zone是完全空闲的，那么当zone链表中全空闲zone达到一定数目后，系统就会把这个全空闲的zone释放到页面分配器中。
三、Memheap内存管理算法
Memheap管理算法适用于系统含有多个地址可不连续的内存堆。使用memheap内存管理可以简化系统存在多个内存堆时的使用：
当系统中存在多个内存堆的时候，用户只需要在系统初始化时将多个所需的memheap初始化，并开启memheap功能就可以很方便地把多个memheap（地址可不连续）粘合起来用于系统的heap分配。
Memheap工作机制如下图所示，首先将多块内存加入memheap_item链表进行粘合。当分配内存块时，会先默认内存堆去分配，当分配不到的时候会查找memheap_item链表，尝试从其他的内存堆上分配内存块。应用程序不用关心当前分配的内存块位于哪个内存堆上，就像是在操作一个内存堆一般。
四、常见的动态内存错误
1）对NULL指针进行解引用
2）对分配的内存进行操作时越界
3）释放并非动态分配的内存
4）释放一块动态分配内存的一部分
5）动态内存被释放后继续使用
五、内存碎片是如何产生的？
频繁的调用内存分配和释放接口会导致内存碎片，一个避免内存碎片的策略是使用内存池+内存堆混用的方法。