?譯者 | 張怡

審校 | 孫淑娟

一般而言，開發(fā)人員不太會(huì)考慮內(nèi)存分配。畢竟，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、平板電腦和服務(wù)器的內(nèi)存如此之大，通?？雌饋硐袷菬o限的資源。而且，內(nèi)存分配失敗或錯(cuò)誤不太可能發(fā)生，即使出現(xiàn)問題，系統(tǒng)通常默認(rèn)退出程序。

然而，當(dāng)涉及到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時(shí)，情況大有不同。在這些嵌入式連接設(shè)備中，內(nèi)存會(huì)變得更加搶手，多個(gè)程序會(huì)爭奪有限的資源；而且集成系統(tǒng)越小，內(nèi)存也更小。因此，最好將其視為有限的資源并保守使用。

正是在這種背景下，內(nèi)存分配（malloc）在IOT行業(yè)中非常重要。malloc是計(jì)算機(jī)在運(yùn)行程序或進(jìn)程時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的過程。尤其是對(duì)于連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，正確處理malloc直接決定其性能好壞。

下面，讓我們來看看開發(fā)人員如何在他們的內(nèi)存分配方法中彈性設(shè)計(jì)，以及這對(duì)未來的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備意味著什么。

1、內(nèi)存分配和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

傳統(tǒng)上，內(nèi)存分配（malloc）經(jīng)常不用于嵌入式系統(tǒng)。這是因?yàn)檩^舊的設(shè)備通常不會(huì)連接到互聯(lián)網(wǎng)，因此計(jì)算的內(nèi)存需求并不大。

但是，這些較舊的設(shè)備在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建了一個(gè)資源池來分配資源。一個(gè)資源可以是一個(gè)連接，一個(gè)系統(tǒng)可以配置n個(gè)來自靜態(tài)分配池的連接。

在未連接Internet的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的狀態(tài)通常受到一定程度的限制，因此更容易估計(jì)內(nèi)存分配malloc的上限。但是，一旦嵌入式系統(tǒng)連接到互聯(lián)網(wǎng)，這種情況就會(huì)發(fā)生巨大變化。

例如，一個(gè)設(shè)備需要計(jì)算多個(gè)連接，并且每個(gè)連接都有不同的內(nèi)存需求，這取決于連接的用途。每個(gè)連接上的數(shù)據(jù)流所需的緩沖內(nèi)存取決于連接的延遲，通過使用某些概率函數(shù)或其他網(wǎng)絡(luò)連接的行為方式來處理數(shù)據(jù)包丟失，從而獲得一定的吞吐量。

通常這在現(xiàn)代高端系統(tǒng)上不是問題。但是，開發(fā)人員在嵌入式環(huán)境中面臨有限的內(nèi)存資源，我們不能簡單地假設(shè)有足夠的內(nèi)存。

這就是為什么在物聯(lián)網(wǎng)嵌入式開發(fā)中，考慮如何規(guī)避內(nèi)存分配錯(cuò)誤或者malloc失敗是非常重要的。

2、現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)和malloc

在現(xiàn)代的嵌入式系統(tǒng)中，malloc的使用頻率更高，許多嵌入式系統(tǒng)和平臺(tái)都有不錯(cuò)的malloc實(shí)現(xiàn)。這種轉(zhuǎn)變的原因是現(xiàn)代連接的嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行更多的任務(wù)，通常無法靜態(tài)地為所有程序的執(zhí)行分配所需的最大資源。

在現(xiàn)代互聯(lián)嵌入式系統(tǒng)中積極使用malloc，這種轉(zhuǎn)變需要更徹底和系統(tǒng)的軟件測(cè)試來發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。

通常，malloc錯(cuò)誤不會(huì)系統(tǒng)測(cè)試，因?yàn)樗l(fā)生的概率極低，不值得這么去做。正因?yàn)閙alloc錯(cuò)誤非常罕見，所以其漏洞在發(fā)現(xiàn)之前可能已存在數(shù)年。

3、mallocfail工具：如何測(cè)試錯(cuò)誤

令人高興的是，開發(fā)人員可以利用軟件來測(cè)試分配錯(cuò)誤。有一種新穎的方法是通過運(yùn)行一個(gè)程序，在發(fā)生分配的所有執(zhí)行路徑中注入分配錯(cuò)誤。這可以通過mallocfail工具實(shí)現(xiàn)。

顧名思義，Mallocfail以確定的方式測(cè)試malloc錯(cuò)誤。該工具不是隨機(jī)測(cè)試，而是通過不同的控制路徑自動(dòng)枚舉malloc錯(cuò)誤。它的靈感來自于Stack Overflow。

簡而言之，此工具使用自定義版本分配器malloc、calloc和realloc。每次運(yùn)行自定義分配器時(shí)，都會(huì)使用libbacktrace獲取當(dāng)前線程的函數(shù)調(diào)用堆棧，生成對(duì)應(yīng)的 sha256 哈希值。然后，該工具檢查是否出現(xiàn)新的哈希值。如果出現(xiàn)從未見過的哈希（特定的調(diào)用堆棧），則內(nèi)存分配malloc失敗，并將哈希值存儲(chǔ)在內(nèi)存中寫入磁盤；如果之前見過，則正常調(diào)用分配器libc版本。每次程序啟動(dòng)時(shí)，已見過的哈希值都會(huì)從磁盤加載。

這是我第一手使用過的東西，發(fā)現(xiàn)非常有用。例如，我們?cè)谇度胧竭吘壾浖_發(fā)工具包上成功測(cè)試了mallocfail。該工具成功識(shí)別了SDK及其第三方庫中的一些問題，而且它們的問題現(xiàn)已修復(fù)了。

4、處理malloc問題

在復(fù)雜的系統(tǒng)中，處理分配錯(cuò)誤可能有點(diǎn)棘手。例如，處理一個(gè)事件需要考慮分配多少內(nèi)存。當(dāng)然，解決方案有很多種。最重要的是分配必要的內(nèi)存，以便在分配失敗時(shí)可以將錯(cuò)誤傳遞回程序，不至于某些問題被悄無聲息的隱藏其中。

處理malloc 失敗的能力是我們團(tuán)隊(duì)經(jīng)常考慮的問題。當(dāng)然，這在其他設(shè)備上可能并沒有什么，但它會(huì)在連接到互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式設(shè)備上引起大問題。

因此，我們的 SDK 會(huì)計(jì)算限制某些資源的功能，包括連接、流、緩沖區(qū)等。這樣，系統(tǒng)配置限制使用的內(nèi)存量，以免發(fā)生malloc錯(cuò)誤。

通常，系統(tǒng)內(nèi)存不足會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)難以運(yùn)行。因此，通過限制同時(shí)發(fā)生的功能/任務(wù)，降低內(nèi)存分配錯(cuò)誤的概率是很有意義的。

回首過去，我已經(jīng)在這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備領(lǐng)域工作了二十年，期待同行開發(fā)人員在現(xiàn)代嵌入式開發(fā)中，采用最佳的malloc實(shí)踐。

建議您深入考慮嵌入式設(shè)備如何解決內(nèi)存分配問題，積極研究使用內(nèi)存的最有效方式。盡可能使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和mallocfail測(cè)試進(jìn)行開發(fā)，因?yàn)樗鼘?duì)嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的性能及其可用性至關(guān)重要。

原文鏈接：https://dzone.com/articles/why-memory-allocation-resilience-matters-in-iot

譯者介紹

張怡，51CTO社區(qū)編輯，主要研究人工智能算法實(shí)現(xiàn)以及場景應(yīng)用，對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)算法和自動(dòng)控制算法有所了解和掌握。?