在《FreeRTOS --（2）内存管理 heap1》知道 heap 1 的内存管理其实只是简单的实现了内存对齐的分配策略，heap 2 的实现策略相比 heap 1 稍微复杂一点，不仅仅是提供了分配内存的接口，同时也提供了释放内存的接口；
但是 heap 2 的内存分配策略中，并没有提供空闲内存的合并策略，对内存碎片没有处理；换句话来说，如果有多次的，大小各异的内存申请和释放的场景下，很可能导致很多内存碎片；
1、内存大小
和 heap 1 一样，用于内存管理的内存大小来自于一个大数组，数组的下标就是整个需要被管理的内存的大小，这个是和具体芯片所支持的 RAM 大小相关：
configTOTAL_HEAP_SIZE
被管理的内存定义为：
static uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ];
ucHeap 就是管理的对象；
2、对齐
有的处理器是对内存对齐有要求的，比如 ARM-CM3 等，AAPCS规则要求堆栈保持8字节对齐。给任务分配栈时需要保证栈是8字节对齐的。所以这里 FreeRTOS 就需要涉及到对齐操作；针对 ARM-CM3 这类处理器来说，在portmacro.h 文件中，定义了对齐的字节数：
/* Hardware specifics. */ #define portBYTE_ALIGNMENT 8
而在 portable.h 中，定义了对应的 Mask（8字节对齐，那么都要是 8 的倍数，也就是二进制的 4'b1000，所以 MASK 是 4'b0111 也就是 0x07）：
#if portBYTE_ALIGNMENT == 8 #define portBYTE_ALIGNMENT_MASK ( 0x0007 ) #endif
和 heap 1 一样，在处理对齐的时候，由于可能 ucHeap 初始的地址就没对齐，所以这里真正可以对齐分配的内存的 SIZE 就要做一些调整和妥协，由于是 8 字节对齐，所以最多妥协的大小就是 8 字节，也就是真正被管理的内存大小只有 configADJUSTED_HEAP_SIZE，这里可能造成几个字节的浪费（浪费多少，取决于ucHeap 初始地址 ），不过为了对齐，也就忽略了；
/* A few bytes might be lost to byte aligning the heap start address. */ #define configADJUSTED_HEAP_SIZE ( configTOTAL_HEAP_SIZE - portBYTE_ALIGNMENT )
3、内存块
与 heap 1 不同，heap 2 可以支持分配和释放，那么管理内存的手段势必比 heap 1 复杂一些，heap 2 对内存进行分块管理，将每块内存通过一个表征该内存块的的数据结构表示，以单向链表串在一起；
3.1、数据结构
表达一个内存块的数据结构是 BlockLink_t，它的定义是：
/* Define the linked list structure. This is used to link free blocks in order of their size. */ typedef struct A_BLOCK_LINK { struct A_BLOCK_LINK *pxNextFreeBlock; /*<< The next free block in the list. */ size_t xBlockSize; /*<< The size of the free block. */ } BlockLink_t;
pxNextFreeBlock 指向下一个内存块的 BlockLink_t 结构；
xBlockSize 代表本内存块的大小；
3.2、数据结构对齐
当然内存块也需要对齐：
static const uint16_t heapSTRUCT_SIZE = ( ( sizeof ( BlockLink_t ) + ( portBYTE_ALIGNMENT - 1 ) ) & ~portBYTE_ALIGNMENT_MASK );
3.3、内存块 Marker
FreeRTOS 为内存管理，定义了两个 BlockLink_t 结构体，xStart 和 xEnd：
/* Create a couple of list links to mark the start and end of the list. */ static BlockLink_t xStart, xEnd;
xStart 和 xEnd 仅仅作为 mark，标记内存块的起始和结束；
3.4、可用内存
在 heap2 中定义了 xFreeBytesRemaining 来代表当前可用于分配的内存，每当内存被分配出去，这个值会减，内存被free 后，该值增加：
/* Keeps track of the number of free bytes remaining, but says nothing about fragmentation. */ static size_t xFreeBytesRemaining = configADJUSTED_HEAP_SIZE;
4、分配内存
和 heap 1 一样，内存分配使用 pvPortMalloc 函数，传入的是希望拿到的内存，返回值拿到的内存起始地址，如果分配失败返回 NULL；
/*-----------------------------------------------------------*/ void *pvPortMalloc( size_t xWantedSize ) { BlockLink_t *pxBlock, *pxPreviousBlock, *pxNewBlockLink; static BaseType_t xHeapHasBeenInitialised = pdFALSE; void *pvReturn = NULL; vTaskSuspendAll(); { /* If this is the first call to malloc then the heap will require initialisation to setup the list of free blocks. */ if( xHeapHasBeenInitialised == pdFALSE ) { prvHeapInit(); xHeapHasBeenInitialised = pdTRUE; } /* The wanted size is increased so it can contain a BlockLink_t structure in addition to the requested amount of bytes. */ if( xWantedSize > 0 ) { xWantedSize += heapSTRUCT_SIZE; /* Ensure that blocks are always aligned to the required number of bytes. */ if( ( xWantedSize & portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) != 0 ) { /* Byte alignment required. */ xWantedSize += ( portBYTE_ALIGNMENT - ( xWantedSize & portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) ); } } if( ( xWantedSize > 0 ) && ( xWantedSize < configADJUSTED_HEAP_SIZE ) ) { /* Blocks are stored in byte order - traverse the list from the start (smallest) block until one of adequate size is found. */ pxPreviousBlock = &xStart; pxBlock = xStart.pxNextFreeBlock; while( ( pxBlock->xBlockSize < xWantedSize ) && ( pxBlock->pxNextFreeBlock != NULL ) ) { pxPreviousBlock = pxBlock; pxBlock = pxBlock->pxNextFreeBlock; } /* If we found the end marker then a block of adequate size was not found. */ if( pxBlock != &xEnd ) { /* Return the memory space - jumping over the BlockLink_t structure at its start. */ pvReturn = ( void * ) ( ( ( uint8_t * ) pxPreviousBlock->pxNextFreeBlock ) + heapSTRUCT_SIZE ); /* This block is being returned for use so must be taken out of the list of free blocks. */ pxPreviousBlock->pxNextFreeBlock = pxBlock->pxNextFreeBlock; /* If the block is larger than required it can be split into two. */ if( ( pxBlock->xBlockSize - xWantedSize ) > heapMINIMUM_BLOCK_SIZE ) { /* This block is to be split into two. Create a new block following the number of bytes requested. The void cast is used to prevent byte alignment warnings from the compiler. */ pxNewBlockLink = ( void * ) ( ( ( uint8_t * ) pxBlock ) + xWantedSize ); /* Calculate the sizes of two blocks split from the single block. */ pxNewBlockLink->xBlockSize = pxBlock->xBlockSize - xWantedSize; pxBlock->xBlockSize = xWantedSize; /* Insert the new block into the list of free blocks. */ prvInsertBlockIntoFreeList( ( pxNewBlockLink ) ); } xFreeBytesRemaining -= pxBlock->xBlockSize; } } traceMALLOC( pvReturn, xWantedSize ); } ( void ) xTaskResumeAll(); #if( configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK == 1 ) { if( pvReturn == NULL ) { extern void vApplicationMallocFailedHook( void ); vApplicationMallocFailedHook(); } } #endif return pvReturn; } /*-----------------------------------------------------------*/
首先调用 vTaskSuspendAll(); 来挂起所有任务，不允许进程调度；
接着调用 prvHeapInit(); 来初始化相关的内存管理的链表结构：
static void prvHeapInit( void ) { BlockLink_t *pxFirstFreeBlock; uint8_t *pucAlignedHeap; /* Ensure the heap starts on a correctly aligned boundary. */ pucAlignedHeap = ( uint8_t * ) ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) &ucHeap[ portBYTE_ALIGNMENT ] ) & ( ~( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) ) ); /* xStart is used to hold a pointer to the first item in the list of free blocks. The void cast is used to prevent compiler warnings. */ xStart.pxNextFreeBlock = ( void * ) pucAlignedHeap; xStart.xBlockSize = ( size_t ) 0; /* xEnd is used to mark the end of the list of free blocks. */ xEnd.xBlockSize = configADJUSTED_HEAP_SIZE; xEnd.pxNextFreeBlock = NULL; /* To start with there is a single free block that is sized to take up the entire heap space. */ pxFirstFreeBlock = ( void * ) pucAlignedHeap; pxFirstFreeBlock->xBlockSize = configADJUSTED_HEAP_SIZE; pxFirstFreeBlock->pxNextFreeBlock = &xEnd; }
在初始化内存相关的结构的时候，首先将 ucHeap 的地址进行对齐操作，得到可以对齐后用于真实的内存管理的起始地址为：
pucAlignedHeap
然后初始化 xStart 和 xEnd，这两个 marker，然后将整个可用的内存视为一块，可用的内存的开始地方，放置了一个 BlockLink_t 结构体并初始化它的 xBlockSize 为之前调整过的 configADJUSTED_HEAP_SIZE；
我们在回到 pvPortMalloc 的地方，继续分析；
prvHeapInit() 初始化完成后，便可用分配内存了；分配内存的时候，需要对每一个内存块分配一个标志它的描述符，也就是 BlockLink_t 结构体，所以如果要分配 xWantedSize，那么就要分配 ：
xWantedSize += heapSTRUCT_SIZE;
然后，对 xWantedSize 进行字节对齐操作；
接下来便进行链表搜寻，找到 Size 合适的地方，将其分配出来；
值得注意的是，内存块链表是有排序的，开始是 xStart 后面跟的内存块，内存块由小到大，最后是 xEnd；
/* * Insert a block into the list of free blocks - which is ordered by size of * the block. Small blocks at the start of the list and large blocks at the end * of the list. */ #define prvInsertBlockIntoFreeList( pxBlockToInsert ) \ { \ BlockLink_t *pxIterator; \ size_t xBlockSize; \ \ xBlockSize = pxBlockToInsert->xBlockSize; \ \ /* Iterate through the list until a block is found that has a larger size */ \ /* than the block we are inserting. */ \ for( pxIterator = &xStart; pxIterator->pxNextFreeBlock->xBlockSize < xBlockSize; pxIterator = pxIterator->pxNextFreeBlock ) \ { \ /* There is nothing to do here - just iterate to the correct position. */ \ } \ \ /* Update the list to include the block being inserted in the correct */ \ /* position. */ \ pxBlockToInsert->pxNextFreeBlock = pxIterator->pxNextFreeBlock; \ pxIterator->pxNextFreeBlock = pxBlockToInsert; \ }
继续看代码；
如果 pxBlock 不是 xEnd 的话，那么说明找到有 Size 大于期望分配的 Size 的 Block 了；
那么就将返回值：
/* Return the memory space - jumping over the BlockLink_t structure at its start. */ pvReturn = ( void * ) ( ( ( uint8_t * ) pxPreviousBlock->pxNextFreeBlock ) + heapSTRUCT_SIZE );
这里，分配内存，能够实际给调用这个 API 接口使用的内存要从起始的 Block 地址加上 heapSTRUCT_SIZE 开始算，因为 heapSTRUCT_SIZE 已经用来表示这个 Block 的信息了；
然后判断剩余的 SIZE 是否大于最小的可用的空间分配的阈值 heapMINIMUM_BLOCK_SIZE ：
#define heapMINIMUM_BLOCK_SIZE ( ( size_t ) ( heapSTRUCT_SIZE * 2 ) )
如果剩余的内存空间还足够那么：
/* If the block is larger than required it can be split into two. */ if( ( pxBlock->xBlockSize - xWantedSize ) > heapMINIMUM_BLOCK_SIZE ) { /* This block is to be split into two. Create a new block following the number of bytes requested. The void cast is used to prevent byte alignment warnings from the compiler. */ pxNewBlockLink = ( void * ) ( ( ( uint8_t * ) pxBlock ) + xWantedSize ); /* Calculate the sizes of two blocks split from the single block. */ pxNewBlockLink->xBlockSize = pxBlock->xBlockSize - xWantedSize; pxBlock->xBlockSize = xWantedSize; /* Insert the new block into the list of free blocks. */ prvInsertBlockIntoFreeList( ( pxNewBlockLink ) ); }
使用新的 pxNewBlockLink 结构表示摘除 pxBlock 内存块后的下一个内存块，并将其初始化，然后按照排序（从小到大的顺序）插入到以 xStart 开始的地方；
所以，被初始化后的内存
分配一次的结果是：
5、释放内存
heap2 支持释放内存：
void vPortFree( void *pv ) { uint8_t *puc = ( uint8_t * ) pv; BlockLink_t *pxLink; if( pv != NULL ) { /* The memory being freed will have an BlockLink_t structure immediately before it. */ puc -= heapSTRUCT_SIZE; /* This unexpected casting is to keep some compilers from issuing byte alignment warnings. */ pxLink = ( void * ) puc; vTaskSuspendAll(); { /* Add this block to the list of free blocks. */ prvInsertBlockIntoFreeList( ( ( BlockLink_t * ) pxLink ) ); xFreeBytesRemaining += pxLink->xBlockSize; traceFREE( pv, pxLink->xBlockSize ); } ( void ) xTaskResumeAll(); } }
来自用户释放的指针 pv 是实际的数据指针，代表这个内存的结构体在他前面 heapSTRUCT_SIZE 的位置，所以该 pv 的 BlockLink_t 结构体指针 pxLink = ( void * )(puc - heapSTRUCT_SIZE);
调用 prvInsertBlockIntoFreeList 将其插入到链表中；并且更新当前剩余的内存量；
释放后的内存如下所示：
