LwIP的內存管理分析

　　PBUF_POOL和PBUF_RAM都可以根據需要從存儲器中動態分配，這種分配機制又稱為動態存儲器分配機制。該分配機制不僅能為應用程序的數據分配存儲空間，而且能為協議首部分配存儲空間。在層與層之間傳遞數據時，真正需要修改的只是數據的格式，使之符合各層的規范，而數據本身不需要變動。實際上數據格式反應的是各層的首部，當數據在各層之間傳送時，需要動態地添加和移去相應的首部，用動態分配機制可以很好地實現。2.2 應用程序管理的存儲器

　　應用程序管理的存儲器是指應用程序管理、操作的存儲區域，一般從該區域為應用程序發送數據分配緩存。雖然該存儲區域不由TCP/IP協議棧管理，但在不嚴格分層的協議棧中，該存儲區域必須與TCP/IP管理的存儲器協同工作。為節省內存,LwIP不采取分級訪問模式，而是通過指針訪問數據。這樣就不需要為數據的傳遞分配存儲空間。應用程序發送的數據在交付LwIP后，LwIP就認為這些數據是不能被改動的，因此應用程序的數據被認為是永遠存在并且不能被改變的。這一點與ROM很相似，類型名PBUF_ROM也由此而來。

　　如圖3所示，PBUF_ROM的數據指針payload指向External memory(外部存儲區)。External memory指不由TCP/IP協議棧管理的存儲區，它可以是應用程序管理的存儲器為用戶數據分配的緩存，也可以是ROM區域，如靜態網頁中的字符串常量等。由于由應用程序交付的數據不能被改動，因此就需要動態地分配一個PBUF_RAM來裝載協議的首部，然后將PBUF_RAM(首部)添加到PBUF_ROM(數據)的前面。這樣就構成了一個完整的數據分組。

　　圖3中的PBUF_ROM還可以是PBUF_REF。

　　REF和PBUF_ROM的特性非常相似，都可以實現數據的零拷貝。但是當發送的數據需要排隊時就表現出PBUF_REF的特性了。例如在發送分組時，待發送的分組需要在ARP隊列中排隊，假如這些分組中有PBUF_ROM類型的pbuf，則說明該類型pbuf中的數據位于應用程序的存儲區域，是通過指針被PBUF_ROM引用的。這樣直到分組被處理之前，被引用的應用程序的這塊存儲區域都不能另作它用。在此情況下要用到PBUF_REF類型的pbuf。在排隊時，LwIP會為PBUF_REF類型的pbuf分配緩存(PBUF_POOL或PBUF_RAM)，并將引用的應用程序的數據拷貝到分配的緩存中。這樣應用程序中被引用數據的存儲區域就能被釋放。

　　pbuf結構實現了層與層之間的數據傳遞，但其非常消耗內存，并且需要TCP/IP協議棧為之分配存儲空間，例如協議控制udp_pcb、tcp_pcb等。通常，嵌入式TCP/IP協議棧都不是嚴格分層的，盡量減少對內存的需求是實現嵌入式TCP/IP的重點，內核的內存管理機制直接關系到嵌入式TCP/IP協議棧的性能。