内存管理中的字节对齐算法

内存管理模块里，在内存块和内存池的分配时都需要用到字节对齐，今天来分析一下字节对齐的实现方法

基本实现

首先看align的基本的实现：

使用的时候：

ini 复制代码

block_size = RT_ALIGN(block_size, RT_ALIGN_SIZE);

宏定义是这样的

scss 复制代码

#define RT_ALIGN_SIZE   4
#define RT_ALIGN(size, align)        (((size) + (align) - 1) & ~((align) - 1))
#define RT_ALIGN_DOWN(size, align)      ((size) & ~((align) - 1))

RT_ALIGN_DOWN(size, align)，向下对齐，通过按位与操作&和掩码~(((align) - 1))来将结果向下对齐到最近的align的倍数

怎么实现的呢：

首先，这里align 应该是一个2的幂，比如1（表示按字节对齐）、2（按字对齐，假设字是16位）、4（按双字对齐，假设双字是32位）、8（按四字对齐，假设四字是64位）等。

然后，我们来看掩码 ~(((align) - 1)) 的生成过程：

(align) - 1：如果 align 是2的幂，那么它在二进制表示中只有一个位是1（例如，align 为4时，二进制是 0100），减1后，这个1会变成0，它后面的所有0都会变成1（例如，0100 - 1 = 0011）。

~：按位取反操作会将所有1变为0，所有0变为1。因此，如果 (align) - 1 的结果是 0011，那么取反后就得到 1100。

现在，我们有了掩码 1100...（实际上前面还有很多个1，直到达到与 size 相同的位数）。这个掩码的特点是其低位的 log2(align) 个位都是0，其余位都是1。

接下来，我们将这个掩码与 size 进行按位与操作 &：

由于掩码的低 log2(align) 位是0，所以 size 的这些低位将被清零。

size 的其余高位则保持不变，因为这些位与掩码的对应位都是1，按位与操作不会改变这些位的值。

这个按位与操作的效果是将 size 向下调整到最近的 align 的倍数。这是因为任何大于或等于 align 的数，在二进制表示中，其低 log2(align) 位至少有一个是1。将这些位清零后，我们就得到了不大于 size 的最大的 align 的倍数。

举个例子，假设 size 是 13（二进制 1101），align 是 4（二进制 0100）。那么掩码就是 1100（~((4 - 1)) 的结果）。执行按位与操作 13 & 1100 得到 12（二进制 1100），这正是小于或等于13的最大的4的倍数。

JX_ALIGN(size, align)是向上对齐，就是把size向上对齐到最近的align的倍数，这里就是把block_size对齐到4的倍数，实现的方法是，先size加（align-1），保证超过size所在的当前align的倍数，从而进入下一个align的倍数区间。然后再通过按位与操作&和掩码~(((align) - 1))来将结果向下对齐到最近的align的倍数.

拓展

另外发现一个有意思的事情，单个内存块是向上对齐的，整个内存池是向下对齐的

ini 复制代码

/* initialize memory pool */
    mp->start_address = start;
    mp->size = RT_ALIGN_DOWN(size, RT_ALIGN_SIZE);

    /* align the block size */
    block_size = RT_ALIGN(block_size, RT_ALIGN_SIZE);
    mp->block_size = block_size;

仔细读了一遍源码之后想明白了

这个操作是在rt_mp_init()函数里的

他是对于已经申请到了的内存对象进行初始化，就是说这里的size就是实际的这个内存池的大小，假如是向4对齐，这个size是63，我要用的时候只能对齐为60，因为实际就是63kb大小，只能向下对齐。

之后内存块向上对齐，保证够用。

具体能分成多少内存块，是align完的size/block_size

所以主要原因就是，这个操作不是在内存池create的时候，是在init的时候