实时系统内存管理 · 课程目录

01

内存管理的核心挑战

为什么实时系统需要特殊的内存管理？从堆碎片、分配延迟、确定性三个角度分析。

02

静态内存分配

编译时分配、全局变量与静态池、优缺点分析。

03

固定大小块分配

Fixed-Size Block Allocation：原理、实现、位图管理、空闲链表。

04

伙伴系统 (Buddy System)

原理、合并与分裂算法、优缺点、在Linux内核中的应用。

05

原理、对象缓存、着色（Coloring）、在Linux内核中的应用。

06

内存池 (Memory Pool)

设计模式、线程安全、动态扩容策略。

07

栈分配 (Stack Allocation)

原理、嵌套函数调用、局限性。

08

区域分配 (Region/Arena)

原理、批量释放、游戏引擎中的应用。

09

实时系统中的malloc/free问题

glibc malloc的碎片问题、TLSF算法介绍。

10

TLSF算法 (Two-Level Segregated Fit)

原理、时间复杂度O(1)、实现细节。

11

实时垃圾回收 (Real-Time GC)

引用计数、标记-清扫、增量式GC、碎片整理。

12

内存碎片整理 (Defragmentation)

压缩（Compaction）、复制收集、碎片率计算。

13

内存保护机制

MMU/TLB、MPU、特权级隔离、防止野指针。

14

看门狗与内存监控

内存泄漏检测、堆栈溢出检测、Watermark机制。

15

多核系统中的内存管理

缓存一致性、NUMA感知分配、锁竞争优化。

16

中断上下文中的内存分配

原子分配、中断安全的内存池、延迟考量。

17

DMA与内存管理

DMA缓冲区对齐、Cache一致性、非缓存内存区域。

18

RTOS内存管理对比

FreeRTOS heap_1~heap_5、uC/OS-III、RT-Thread。

19

FreeRTOS heap实现详解

heap_1(无释放)、heap_2(最佳匹配)、heap_3(包装malloc)、heap_4(合并)、heap_5(多区域)。

20

uC/OS-III内存管理

OSMemCreate、OSMemGet、OSMemPut、固定块管理。

21

RT-Thread内存管理

动态内存堆、静态内存池、memheap、slab。

22

VxWorks内存管理

分区（Partition）管理、VxMemProbe、内存校验。

23

QNX内存管理

进程隔离、共享内存、aslr、procmgr。

24

汽车电子中的内存管理

AUTOSAR内存分区、Safety Island、ECC内存。

25

航空航天中的内存管理

DO-178C要求、内存分区、看门狗、冗余设计。

26

物联网设备中的内存管理

低内存优化、Flash磨损均衡、压缩存储。

27

内存分配性能基准测试

延迟测量、吞吐量测试、碎片率测量、工具介绍。

28

内存调试工具

Valgrind、AddressSanitizer、KASAN、Tracealyzer。

29

设计一个自定义内存分配器

需求分析、接口设计、测试策略、文档编写。

30

持久内存（PMem）、CXL内存池、机器学习辅助内存管理。