CN111858064A - 一种动态内存分配方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提出了一种动态内存分配方法及系统，包括：串口服务器上电开机进行内存分配：读取每路串口‑socket的波特率并计算历史数据中发送该波特率相关的数据量的加权平均值，计算每路发送数据量的加权平均值的占比，获得每一路串口‑socket的内存分配值；之后串口服务器运行时进行内存分配：按照时间间隔进行动态的调整每一路串口‑scoket的内存值。通过算法动态调整每一路在有限内存范围内的占比，达到减少内存碎片化和提高内存利用率的目的。
Description
技术领域
本公开属于内存分配技术领域，尤其涉及一种动态内存分配方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着计算机和互联网的广泛应用，人类产生和创造了爆炸式增长的数据，我们当前处于一个大数据时代，通过大量的数据可以驱动工业向前发展，实现转型升级，从设计到生产，从运维到管理，大数据定义着工业未来。消费领域，购物的淘宝、购票软件等很多充斥着大数据身影的软件服务无处不在，可想而知数据成为工业、消费等领域重要的一环。
市场中有很多老旧的嵌入式设备，为了将大量该类设备的数据上传到服务器或云，联网设备显得至为重要。物联网领域的串口服务器设备充当着连接串口和网络的中转角色，为嵌入式设备与网络之间的数据交互提供了便利。运行RTOS的串口服务器设备，面对长时间大量不定长数据的内存需求，对于稳定运行来说，解决内存碎片化问题尤为重要。传统针对内存碎片化问题，主要是使用内存管理算法，如小内存管理算法、slab管理算法、memheap管理算法等等。使用这些内存管理算法可以在一定的程度上减少内存碎片化，但是在串口服务器场景，会有多路串口-socket同时工作的场景，面对数据量大且数据不定长的特点，碎片化还是比较严重。
解决上述问题的方法就是单独开出一块内存来供串口服务器的数据透传使用，串口服务器的硬件平台为单片机，整个使用过程中搭配管理算法，且没有第三方使用该块内存，所以可以保证申请的内存会完全被释放，不会出现碎片化问题。
由此带来的问题就是在有限的内存范围内，如何给每一路串口-socket动态分配内存才会比较合适。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种动态内存分配方法，实现合理利用有限的内存。
为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，一种动态内存分配方法，包括：
串口服务器上电开机进行内存分配：读取每路串口-socket的波特率并计算历史数据中发送该波特率相关的数据量的加权平均值，计算每路发送数据量的加权平均值的占比，获得每一路串口-socket的内存分配值；
之后进行串口服务器运行时进行内存分配：按照时间间隔进行动态的调整每一路串口-scoket的内存大小。
第二方面，公开了一种动态内存分配系统，包括：
初始内存分配模块，被配置为：读取每路串口-socket的波特率并计算历史数据中发送该波特率相关的数据量的加权平均值，计算每路发送数据量的加权平均值的占比，获得每一路串口-socket的内存分配值；
运行内存分配模块，被配置为：按照时间间隔进行动态的调整每一路串口-scoket的内存大小。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本公开技术方案在单片机平台，内存的资源比较小，动态调整开辟内存的大小，提高了每1KB的内存利用率。
本公开技术方案为每一路通道申请一块内存，通过算法动态调整每一路在有限内存范围内的占比，达到减少内存碎片和提高内存利用率的目的。
在内存资源非常有限的情况下，给串口服务器的多路串口-socket分配一块内存使用，在该块内存范围内通过动态的算法给每一路分一块内存单独使用，减少了碎片化的程度，提高了系统的运行稳定性，提高了内存的使用率。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例链表管理各路串口-socket内存信息示意图；
图2为本公开实施例上电初始化内存算法示意图；
图3为本公开实施例运行期间动态调整内存算法示意图；
图4为本公开实施例时间窗口示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在物联网领域实际的产品应用场景中，串口端接收数据后会对数据进行处理后转发到网络端，网络端接收数据处理后转发到串口端，物联网设备中会有多路串口-socket同时运行，为了达到减少内存碎片化和提高内存利用率的目的，为每一路通道申请一块内存，通过算法动态调整每一路在有限内存范围内的占比。
本公开旨在解决运行RTOS嵌入式平台的串口服务器多路串口-socket进行数据传输时的动态内存分配问题，由于硬件平台内存资源有限，所以会分配一块内存给多路串口-socket使用。设备正常运行过程中，每一路串口会对应一路socket，且每一路的传输数据量不同。为了减少内存的碎片化问题，在总的内存里给每一路socket分配一块内存，该块内存仅能被该路串口-socket使用，为了保证各路socket的内存合理的利用率，需要一种算法实现各路socket的动态内存分配。
下面是动态内存分配方法中使用到的名词变量：
本实施例公开了一种动态内存分配方法，本实施例中的动态内存分配算法主要涉及2个部分：
一是设备刚上电时会根据历史的数据量计算给各路串口-socket分配的内存大小；
二是在运行过程中根据实际的数据量，这里又分为以下两部分：
(1)按照调整间隔T实现动态调整。
(2)当前分配的空间不够使用或修改串口波特率时，主动触发动态调整。
串口服务器每一次上电工作后会累积数据传输量和工作时间，计算数据传输的实际速率，单位是Byte/s,并记录当前工作的波特率。最终会将波特率及数据传输速率保存到flash的记录表中。同样，串口服务器每次上电后通过取出记录表内的信息，通过算法计算出每一路串口-socket本次所需开的内存大小值，然后为每一路串口-网络申请内存供数据流使用。
下面以具体实例说明算法的实现过程，下表中是一串口服务器设备的历史数据。每次上电开机后会将如下表所示的数据读出进行处理。
本公开中的历史数据主要分为两种，一种是每一次开机后每一路串口socket的整个工作过程中的数据，该部分数据存储到flash中。二是设备启动起来后，运行过程中按照采样频率记录的历史数据，该部分数据直接在RAM中暂存，该数据量的大小需要满足时间窗口的需求。
由于各路串口-socket占用的总的内存占用量是一定的，如果每一路串口-socket的数据量都非常大的时候，分配的内存是无法满足每一路串口-scoket进行数据传输的，所以我们对每一路串口-socket的优先级进行了定义，内存不足时优先满足高优先级的串口-socket内存需求，如下表所示，给每一路串口-socket进行编号，最高优先级为1：
每一路串口-socket分配内存后，会对应一个节点，该节点内有该块内存的相关信息及访问接口，并将该节点挂载链表list上，如图1所示，挂载的顺序从头结点开始优先级依次降低。动态分配内存后，只需要更新节点中的内存信息就可以。
上电开机后的内存分配方法流程图如图2所示。
程序运行起来后，数据量可能会随时变化的，串口的参数也可能会有变化，也就需对内存进行动态的调整，重新计算每一路串口-scoket的内存大小，实现的流程图如图3所示。
串口服务器设备运行时，设备会按照采样频率f对每一路的数据采样，采样的条件需遵循时间窗口的大小，随着采样的进行，串口会向前慢慢移动。
更为具体的实施例子，一种动态内存分配方法，具体为：在固定内存范围内，一种涉及采样率、时间窗口、调整周期、数据利用率、伸缩因子的动态调整多路串口-socket内存大小的方法。
下面开始详细说明内存的分配方式，先说明上电开机后的内存分配方法，共有N路串口-socket需要开内存。
Step1：将历史数据读出，该数据包括在此之前每一次开机工作的平均数据量(Byte/s)及相应的波特率(bps)。
Step2：读取本路串口-socket的bps，将历史数据中关于该bps相关的n个数据筛选出来。
Step3：计算以往数据中数据量的加权平均值：
Step4：按照上一步的计算方法计算每一路的M(i)。
Step5：计算第i路串口-socket发送数据量占每一路数据量之和的占比
Step6：最终得出每一路串口-socket的内存分配值为：
程序运行起来后，数据量可能会随时变化的，内存也就需要按照时间间隔T进行动态的调整每一路串口-scoket的内存大小，这里有两种情况：主动触发和按间隔时间自动触发，具体实现方式如下：
当前的内存不能满足数据需求或修改串口参数时，主动触发动态调整策略，主动触发不会受时间间隔T的影响，可随时发生，触发时需要将本次需要将最新的数据量存入开机运行数据中，具体为：主动触发时，会将最近一次时间窗口内采样数据的加权平均值及对应的串口波特率存入flash中,再次执行开机内存分配算法时，有新的数据更新，从而算出的数据更准确。因修改串口参数触发的动态调整，会执行上面的开机初始化算法。自动触发时，则按照时间间隔进行数据计算即可。如图4所示，中间线为按照采样率f保存的数据，W(i)为时间滑动窗口，计算时只会选用窗口内部的数据。
Step1：计算发送窗口内的采样次数，计算出的p值应满足p≥2：
Step2：计算相邻次数的数据增长率及其平均值：
Step3：求数据增长率的标准差：
Step4：计算相邻数据增长率的增量(斜率)的平均值：
Step5：如果k2(i)≥0，d(i)＝1，反之，d(i)＝-1
Step6：计算本次需要开的内存量，伸缩因子γ默认为1：
Step7：需要计算各路总的内存量
Step8：如果AMem≤MaxMem，则按照比例对内存进行分配；
Step9：计算第i路串口-socket发送数据量占数据量之和的占比，
Step10：最终得出每一路串口-socket的内存分配值为：
Step11:如果AMem>MaxMem，则应该按照优先级分配内存，先找到优先级最高的串口-socket，按照计算的值M(i)，进行分配，依次分配到低优先级。相同优先级的平均分配。
当传输过程中的数据量大小波动比较大时，会进行多次计算，为了减少计算次数，针对该类场景，可以适当增大伸缩因子γ，调小时间窗口W(i)。
基于同样的发明构思，本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的具体步骤。
基于同样的发明构思，本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的具体步骤。
以上实施例的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本公开中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种动态内存分配方法，其特征是，包括：
串口服务器上电开机进行内存分配：读取每路串口-socket的波特率并计算历史数据中发送该波特率相关的数据量的加权平均值，计算每路发送数据量的加权平均值的占比，获得每一路串口-socket的内存分配值；
之后串口服务器运行时进行内存分配：按照时间间隔进行动态的调整每一路串口-scoket的内存值。
2.如权利要求1所述的一种动态内存分配方法，其特征是，所述串口服务器每一次上电工作后基于累积数据传输量和工作时间计算数据传输的实际速率，并记录当前工作的波特率，并将波特率及数据传输速率保存到flash的记录表中。
3.如权利要求1所述的一种动态内存分配方法，其特征是，所述串口服务器运行时按照采样频率记录历史数据，直接在RAM中暂存，该数据量的大小需要满足时间窗口的需求。
4.如权利要求1所述的一种动态内存分配方法，其特征是，内存分配时，对每一路串口-socket的优先级进行定义，内存不足时优先满足高优先级的串口-socket内存需求。
5.如权利要求1所述的一种动态内存分配方法，其特征是，每一路串口-socket分配内存后，对应一个节点，该节点内存有该块内存的相关信息及访问接口，并将该节点挂载链表list上，挂载的顺序从头结点开始优先级依次降低。
6.如权利要求1所述的一种动态内存分配方法，其特征是，按照时间间隔进行动态的调整每一路串口-scoket的内存大小，包括：主动触发和按间隔时间自动触发。
7.如权利要求1所述的一种动态内存分配方法，其特征是，自动触发时，则按照时间间隔进行数据计算：
计算发送窗口内的采样次数、相邻次数的数据增长率及其平均值并求数据增长率的标准差；
计算相邻数据增长率的增量的平均值，基于增量的平均值计算本次需要开的内存量及各路总的内存量；
若各路总的内存量小于等于开的内存量，则按照比例对内存进行分配，否则，按照优先级分配内存。
8.一种动态内存分配系统，其特征是，包括：
初始内存分配模块，被配置为：读取每路串口-socket的波特率并计算历史数据中发送该波特率相关的数据量的加权平均值，计算每路发送数据量的加权平均值的占比，获得每一路串口-socket的内存分配值；
运行内存分配模块，被配置为：按照时间间隔进行动态的调整每一路串口-scoket的内存大小。
9.一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7任一所述的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行权利要求1-7任一所述的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 250101 rooms 1103 and 1105, 11 / F, building 1, Aosheng building, 1166 Xinluo street, high tech Zone, Jinan City, Shandong Province Applicant after: Shandong Youren networking Co.,Ltd. Address before: 250101 rooms 1103 and 1105, 11 / F, building 1, Aosheng building, 1166 Xinluo street, high tech Zone, Jinan City, Shandong Province Applicant before: SHANDONG YOUREN INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201030 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |