LwIP的内存管理

 

 

　　TCP/IP是一种基于OSI参考模型的分层网络体系结构，它由应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层组成。各层之间消息的传递通过数据报的形式进行。由于各层之间报头长度不一样，当数据在不同协议层之间传递时，对数据进行封装和去封装、增加和删除操作将十分频繁。

　　在嵌入式系统开发中也经常遇到类似问题。用户数据从本地嵌入式设备传输到远程主机的过程中，要经过各层协议，对消息的封装、去封装和拷贝操作几乎是不可避免的。而通常所采用的用一段连续的内存区来存储、传递数据的做法会有以下的缺陷：

　　(1)当从上层向下层传递数据时，下层协议需要对数据进行封装，而上层在申请内存时没有(也不应该)考虑下层的需要。这样会导致下层协议处理时需要重新申请内存并进行内存拷贝，从而影响程序的效率。

　　(2)当从下层向上层传递数据时，下层协议专有的数据结构应当对上层协议不可见。因此也需要重新申请内存并进行内存拷贝。

　　(3)随着数据的逐层处理，其内容可能有所增减，而连续内存很难处理这种动态的数据增删。

　　因此，必须有一种能适应数据动态增删、但在逻辑上又呈现连续性的数据结构，以满足在各协议层之间传递数据而不需要进行内存拷贝。嵌入式TCP/IP协议栈要求简单高效，并减少对内存的需求。这些都需要相应的内存管理机制实现。

　　1 LwIP协议栈中pbuf介绍

　　LwIP(Light weight IP)是瑞士计算机科学院Adam Dunkels等开发的一套用于嵌入式系统的开放源代码TCP/IP协议栈。LwIP可以移植到操作系统上，也可以在无操作系统的情况下独立运行。LwIP TCP/IP实现的重点是：在保持TCP协议主要功能的基础上，减少对RAM的占用。这使LwIP协议栈适合在低端嵌入式系统中使用。

　　LwIP利用pbuf结构实现数据传递，它与BSD中的Mbuf很相似。pbuf的主要用途是保存在应用程序和网络接口间互相传递的用户数据。

　　pbuf的内部结构为：

　　struct pbuf{

　　struct pbuf *next;　　/*指向下一个pbuf*/

　　void *payload;　　　　/*指向pbuf数据中的起始位置*/

　　u16_t tot_len;　　　　/*该pbuf和后续pbuf中数据长度的总和*/

　　u16_t len;　　　　　　/*该pbuf中数据的长度*/

　　u16_t flags;　　　　　/*pbuf的类型*/

　　u16_t ref;　　　　　　/*该pbuf被引用的次数*/

　　}