在嵌入式系統(tǒng)中，內(nèi)存是比較緊缺的資源，特別是在消費類產(chǎn)品中， 為了節(jié)省成本，一般都會將硬件資源應(yīng)用到極致。在開發(fā)過程中，就經(jīng)常會遇到，運行內(nèi)存(RAM)就還差一點，但就是不夠用的情況，比如：

需要在原系統(tǒng)上添加一個小算法

OTA只能將固件放到內(nèi)存上時

需要動態(tài)分配比較大的空間

需要放置一些比較大的臨時文件

如果你原來設(shè)備內(nèi)存已經(jīng)使用到90%甚至更高，要實現(xiàn)上面功能，大概率會影響系統(tǒng)的整體性能，甚至?xí)霈F(xiàn)系統(tǒng)異常。那該怎么辦？

在不考慮硬件增加RAM大小的情況下，軟件上還有沒有其它的方式，可以擠出一點點空間呢？答案是可以的，但是需要綜合評估帶來的問題和風(fēng)險。

下面以君正T31ZC為實例，來介紹一下它的內(nèi)存使用情況，以及如何擠出更加多的內(nèi)存空間。

一、內(nèi)存使用情況分析

T31ZC?是一款基于MIPS架構(gòu)的主處理器，上面集成了512Mbit的DDR2內(nèi)存，使用的是linux操作系統(tǒng)。

1、物理內(nèi)存分布

512Mbit的物理內(nèi)存，也就是64MByte,在實際使用的時候，它被劃分為了兩塊，rmem?和?mem

rmem?用于多媒體，比如音視頻編碼、裁剪、OSD等功能

mem?是用于linux系統(tǒng)內(nèi)存

它通過tag部分的cmdline來設(shè)置：

[root@Zeratul:~]# cat /proc/cmdline 
console=ttyS0,115200n8 mem=40M@0x0 rmem=24M@0x2800000 root=/dev/ram0 rw rdinit=/linuxrc mtdparts=jz_sfc:256K(boot),352K(tag),5M(kernel),6M(rootfs),2560K(recovery),1440K(system),512K(config),16M@0(all) lpj=6955008 quiet senv;[HW];init_vw=1920;init_vh=1080;nrvbs=2;mode=0;eenv; lzo_size=5907415 rd_start=0x80600000 rd_size=0xd35c00
[root@Zeratul:~]#

這里我們看到40M分配給了linux系統(tǒng)，24M分配給了多媒體。

通過?dmesg?命令可以看到更多內(nèi)存的使用情況：

rd_start=0x80600000 rd_size=0xd35c00

這個是用來存放根文件系統(tǒng)的起始位置，以及這個空間的大小。

Memory: 20680k/40960k

40960K?是linux系統(tǒng)可使用的總大小，也就是上面設(shè)置的40MB，20680k?是系統(tǒng)實際可以使用的內(nèi)存。

剩下的?40960K - 20680k = 20280K?內(nèi)存到哪里去了？

3868k kernel code, 20280k reserved, 1052k data, 196k init, 0k highmem

一部分是給內(nèi)核使用，包括內(nèi)核代碼段、數(shù)據(jù)段、以及?init?段

剩下的20280k - 3868K -1052K - 196K = 15164K

這剩下的1516K?是預(yù)留給ramfs?使用的。

2、mem使用情況

linux?系統(tǒng)啟動后，不運行其它的應(yīng)用程序，我們查看的內(nèi)存使用情況如下：

cat /proc/meminfo

可用的實際物理內(nèi)存大小還剩余12872 kB

分配給linux系統(tǒng)使用的內(nèi)存有40M，但是應(yīng)用程序都還沒開始運行，內(nèi)存就只剩下12872K,內(nèi)存都到哪里去了！

總結(jié)歸納如下：

總物理內(nèi)存64M,24M分配給了多媒體，40M分配給了linux系統(tǒng)

?

?

linux系統(tǒng)內(nèi)存中，可使用的內(nèi)存為20680k，預(yù)留的內(nèi)存為20280k

?

?

linux系統(tǒng)中可使用的內(nèi)存，內(nèi)核模塊加載，緩沖緩存等系統(tǒng)服務(wù)占用7768K，剩余的為應(yīng)用可使用的內(nèi)存

linux系統(tǒng)中預(yù)留的內(nèi)存，主要是預(yù)留給kernel和根文件系統(tǒng)，其中kernel中主要有代碼段，數(shù)據(jù)段，init段。剩下的主要是根文件系統(tǒng)占用的空間。

?

二、優(yōu)化方向

從上面的分析來看，可以優(yōu)化的方向有：

減少模塊加載，系統(tǒng)服務(wù)

kernel?優(yōu)化

rootfs?優(yōu)化

1、減少模塊加載，系統(tǒng)服務(wù)

這個可優(yōu)化的空間有限，這里不做詳細討論，可以通過命令查看實際模塊加載情況：cat /proc/modules

2、kernel 優(yōu)化

將內(nèi)核的調(diào)試信息去除掉，可以在menuconfig?中取消?Load all symbols for debugging/ksymoops?選項，這里可以省出少量的空間。

3、rootfs 優(yōu)化

從上面的分析，我們看到為ramfs預(yù)留的空間為13527K，這是個非常大的空間。從啟動cmdline中我們看到Flash的分區(qū)信息如下:

256K(boot),352K(tag),5M(kernel),6M(rootfs),2560K(recovery),1440K(system),512K(config),16M@0(all)

（1）flash為rootfs預(yù)留的空間為6M，而內(nèi)存為rootfs預(yù)留的是13527K，為何相差如此之大？

主要的原因是我們rootfs在燒錄到Flash的時候是壓縮過的，在加載rootfs的時候，首先是將rootfs從Flash中讀取出來，再解壓到內(nèi)存指定的地址去，然后再將解壓后的rootfs掛載成ramfs文件系統(tǒng)加載起來。

rootfs的打包命令如下:

cd ./_rootfs_camera
find . | cpio -H newc -o > ../rootfs_camera.cpio
cd ..
lzop -9 -f rootfs_camera.cpio -o rootfs_camera.cpio.lzo
./mark_rootfs_pc rootfs_camera.cpio.lzo

將_rootfs_camera?目錄下的所有文件歸檔到上一目錄的rootfs_camera.cpio文件中

使用lzop?命令使用最高等級(9)的壓縮方式把rootfs_camera.cpio?壓縮到rootfs_camera.cpio.lzo?文件，-f?表示強制執(zhí)行，如果rootfs_camera.cpio.lzo已經(jīng)存在則覆蓋它

mark_rootfs_pc?是用來更新rootfs_camera.cpio.lzo的實際文件大小，實際是將壓縮后的文件大小寫入到rootfs_camera.cpio.lzo的最開始位置(4字節(jié))。

（2）為什么要使用ramfs文件系統(tǒng)？

ramfs?適合用于臨時存儲、臨時文件、內(nèi)核模塊載入等臨時性應(yīng)用，其中數(shù)據(jù)不需要長期保存的場景，它是linux內(nèi)核中的虛擬文件系統(tǒng)，不需要指定特定的掛載選項。

優(yōu)點有：

快速讀寫操作

零延遲

輕量級

易于創(chuàng)建和銷毀

缺點有:

不具備持久性

內(nèi)存限制

不適合大型文件

需要足夠的內(nèi)存

君正T31ZC是屬于低功耗SOC，實時性，快速啟動要求比較高。一般應(yīng)用場景是有另外的MCU來控制它上下電，有事件觸發(fā)的時候，SOC上電處理事件，事件處理完成后，SOC下電，只留MCU工作，以達到省功耗的目的，所以使用ramfs?也是合理的選擇。

官方手冊上的建議是這樣的：

rootfs中只存放對快起有要求的必要程序和庫文件，如果對快起沒有要求的程序或庫文件建議放到 system 分區(qū),以達到快速啟動和節(jié)省內(nèi)存的目的。

三、另類解決方案

1、問題分析

根據(jù)上面的分析，如果系統(tǒng)使用的是ramfs,優(yōu)化空間最大的就是根文件系統(tǒng)，減小根文件系統(tǒng)的大小可以直接節(jié)省內(nèi)存。

上面官方給的建議中需要面對另外一個問題，就是需要在應(yīng)用程序啟動之后，再去system分區(qū)使用dl_open加載所需要的動態(tài)庫。如果你程序主要使用的是靜態(tài)庫，那這種方式就達不到想要的效果。

查看rootfs?文件系統(tǒng)里面的內(nèi)容，占用空間大的，一個是stone目錄，另外一個是lib目錄。

./stone?目錄下放置的是需要運行的main程序

./lib?目錄下放置的主要是一些動態(tài)庫，ko驅(qū)動文件，以及一個wifi使用的?bin?文件

-rwxrwxr-x ?1 biao biao 6.2M Oct 15 18:14 main
-rwxrwxrwx 1 biao biao 1003K Aug 21 10:04 cywdhd.ko
-rwxrwxrwx 1 biao biao 404K ?Aug 21 10:04 fw_bcm43438a1.bin

2、解決方案

main?執(zhí)行程序在啟動的時候就執(zhí)行

./etc/init.d/rcS:/stone/main &

wifi?驅(qū)動也是在啟動的時候被加載

insmod /lib/modules/cywdhd.ko firmware_path=/lib/firmware/fw_bcm43438a1.bin nvram_path=/lib/firmware/nvram.txt iface_name=wlan0

是否可以這樣：

在啟動的時候，main 執(zhí)行文件，cywdhd.ko驅(qū)動,驅(qū)動固件fw_bcm43438a1.bin被加載完之后，就把它們刪除，以達到釋放內(nèi)存的目的？

因為這些文件都是放置在內(nèi)存上，刪除它們并不會影響Flash中的文件，下次上電可以重新從Flash中讀取出來，刪除它們也確實是可以釋放一部分內(nèi)存。

以我上面的例子，刪除?main?文件就可以釋放6.2M的空間，確實也是可以達到釋放內(nèi)存的目的。

但是，這樣操作是否有風(fēng)險？

四、刪除ELF文件是否有影響

我們知道，程序運行是被段頁式加載到內(nèi)存的，那要怎么知道在刪除main程序執(zhí)行文件的時候，main程序里面的內(nèi)容已經(jīng)被全部加載到內(nèi)存中去了呢？

同樣，刪除ko文件和bin固件數(shù)據(jù)文件的時候同樣會遇到相同的疑問。

1、刪除 cywdhd.ko 驅(qū)動

通過?cat /proc/modules?命令可以查看模塊的加載情況

[root@Zeratul:bin]# cat /proc/modules | grep cywdhd
cywdhd 671712 0 - Live 0xc0215000
jzmmc 17113 1 cywdhd, Live 0xc010f000
mmc_core 90139 3 mmc_block,cywdhd,jzmmc, Live 0xc00e5000

我們看到?cywdhd.ko被加載到內(nèi)存的0xc0215000?這個地址，Live?表示已經(jīng)加載到內(nèi)核并且在在運行。671712?表示它的大小。

為什么我們前面看cywdhd.ko 大小是1003K ，加載到內(nèi)核中去卻只剩下67171 ？

我們使用?file?命令查看cywdhd.ko文件信息，發(fā)現(xiàn)它是ELF文件格式，并且是not stripped，也就是它里面還包含一些調(diào)試信息和調(diào)試符號表等內(nèi)容

biao@ubuntu: file cywdhd.ko 
cywdhd.ko: ELF 32-bit LSB relocatable, MIPS, MIPS32 version 1 (SYSV), BuildID[sha1]=a00e1928dd77ac04bb813b22cd485156f3392741, not stripped

strip?處理之后，文件大小變成了657788

biao@ubuntu: mips-linux-uclibc-gnu-strip cywdhd.ko 
biao@ubuntu:ll
-rwxrwxrwx 1 biao biao 657788 Oct 15 19:42 cywdhd.ko

綜合上面信息，我們可以大致判斷刪除cywdhd.ko文件是沒有風(fēng)險的。

還有一種確認方式是：通過查看?/proc/kallsyms?文件信息

/proc/kallsyms?包含了內(nèi)核符號表信息，其中包括已加載模塊的地址范圍。如果模塊的地址范圍包括整個模塊，那么它通常已經(jīng)完全加載到內(nèi)存中。

2、刪除fw_bcm43438a1.bin固件

fw_bcm43438a1.bin?是作為cywdhd.ko?驅(qū)動的一個固件被加載到內(nèi)核上的，至于它是什么時候使用，或者說是否一次全部加載到內(nèi)存上了，應(yīng)該取決于cywdhd.ko驅(qū)動

因此我個人認為刪除fw_bcm43438a1.bin是會有比較大的風(fēng)險的

3、刪除main程序

在Linux系統(tǒng)中， 執(zhí)行文件，動態(tài)庫，驅(qū)動文件都是屬于ELF文件格式。ELF文件里面分很多段，常見的有代碼段，數(shù)據(jù)段,BSS?段。

可以使用命令?readelf -S your_program?來具體查看：

我們看到代碼段的大小是0x46a6b0，在很多操作系統(tǒng)中，為了節(jié)省內(nèi)存空間，都是使用動態(tài)加載的方式,也就是段頁式加載方式。

根據(jù)局部性原理，一般程序在執(zhí)行的時候，都是將當前執(zhí)行位置附近的數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存上運行。

但是對于ramfs文件系統(tǒng)，因為它已經(jīng)是被全部加載到內(nèi)存上了，那在它上面的main文件，在執(zhí)行的時候，它是一次性加載(全局加載)還是按需加載(段頁式加載)呢？

如果它是在運行的時候一次性加載到內(nèi)存上，那么，在它運行之后，把main文件刪除是沒有風(fēng)險的，否則會引入系統(tǒng)風(fēng)險。

對于執(zhí)行文件在ramfs文件系統(tǒng)上的加載，暫時沒有找到更詳細的介紹資料，熟悉這一領(lǐng)域的同學(xué)可以給點建議。

五、手動釋放內(nèi)存

可以使用命令手動釋放內(nèi)存：

echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches

關(guān)于drop_caches?的介紹，可以通過?man proc?的介紹來了解，這里不做過多說明

六、總結(jié)

綜合上面介紹的內(nèi)容，在嵌入式Linux系統(tǒng)內(nèi)存不足的情況下，可以使用下面幾種方式進行優(yōu)化：

將kernel的調(diào)試信息符號表去除，減少內(nèi)核鏡像文件大小

將文件系統(tǒng)上的ELF文件(包括執(zhí)行文件、動態(tài)庫和ko驅(qū)動文件)strip處理，去除多余的信息

將動態(tài)庫放置到其它分區(qū)上，程序運行后再通過dl_open來加載

執(zhí)行文件或是驅(qū)動文件，在使用過后把它們刪除(可能存在風(fēng)險)

手動釋放內(nèi)存

具體使用哪種方式，可以根據(jù)實際使用情況進行評估和選擇。

編輯：黃飛

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