内存堆
Zephyr 提供一组工具，允许线程动态分配内存。
带同步的堆分配器
创建堆
定义堆最简单的方式是使用 K_HEAP_DEFINE 宏进行静态定义。它创建一个具有指定名称的静态 k_heap 变量，用于管理指定大小的内存区域。
也可以使用 k_heap_init() 创建堆，管理由应用控制的任意内存区域。
分配内存
使用 k_heap_alloc()，传入堆对象地址和所需字节数，即可从堆中分配内存。其行为类似标准 C 的 malloc()，分配失败时返回 NULL 指针。
堆支持阻塞操作，允许线程睡眠直到内存可用。最后一个参数是 k_timeout_t 类型的超时值，表示线程返回前最多可以睡眠多久，也可以使用超时常量 K_NO_WAIT 或 K_FOREVER。
需要特定对齐方式的块时，可以使用 k_heap_aligned_alloc()。调用者提供一个为 2 的幂的对齐值，分配块的起始地址将是该值的倍数。k_heap_calloc() 则分配数组并将其清零。
可以使用 k_heap_realloc() 改变已分配区域的大小。它返回所需大小的块，并保留旧大小与新大小中较小值范围内的内容。与标准 C 的 realloc() 一样，返回的指针可能与原指针不同。
释放内存
使用 k_heap_alloc() 分配的内存必须通过 k_heap_free() 释放。与标准 C 的 free() 类似，传入的指针必须为 NULL，或此前由同一个堆的 k_heap_alloc() 返回的指针。释放 NULL 不产生任何效果。
枚举堆
所有通过 K_HEAP_DEFINE 静态定义的堆都会放入专用链接器段，从而可在运行时枚举。k_heap_array_get() 返回静态堆数组的地址及其中的条目数，主要用于需要检查系统全部堆的监测和诊断功能。
底层堆分配器
k_heap 抽象的底层实现由名为 sys_heap 的数据结构提供。它具有完全相同的分配语义，但不提供内核同步工具。应用如果需要在同步不可用或较难实现的上下文中（例如用户空间）自行管理内存块，可以使用它。与 k_heap 不同，对同一个堆的所有 sys_heap 函数调用都必须由调用者串行化，不允许不同线程同时使用。
实现
在内部，sys_heap 内存区域被划分为 8 字节的“单元”。每次分配都由连续的单元区域组成。每个已分配块或空闲块的起始单元包含一个头部，记录块长度、物理内存中相邻低地址侧（“左侧”）块的长度、表示是否在用的标志位，以及空闲链表中前后块的链接；链接以单元索引表示，未使用的块会加入该空闲链表。
堆实现会采取措施减少碎片。空闲块按大小存放在不同的“桶”中，每个桶覆盖一个以 2 的幂划分的大小区间，例如 3—4 个单元、5—8 个单元、9—16 个单元等。这样，新分配可以优先使用可用的最小、最零碎的块。此外，已分配块释放回堆时，会自动与相邻空闲块合并，以防止碎片化。
所有元数据都存储在连续堆内存区域的开头，包括长度随堆大小变化的桶链表头数组。唯一需要的外部内存是 sys_heap 结构体自身。
sys_heap 函数不提供同步。使用者必须防止并发访问，同一时刻只能有一个上下文进入该堆的 API 函数。
堆实现注重高性能和可预测的延迟。所有 sys_heap API 函数都保证在常数时间内完成，在典型架构上耗时为 1—200 个周期。其中一个细节是：为某次分配搜索最小适用桶（其中的空闲块“可能够用”）时，迭代次数有编译期上限，以避免无界的链表搜索，代价是对碎片的抵抗能力有所降低。用户可在构建时通过 CONFIG_SYS_HEAP_ALLOC_LOOPS 选择该上限，默认值为 3。
多堆封装工具
sys_heap 要求所管理的全部内存位于单个连续区域。复杂的微控制器应用往往具有更复杂的内存布局，却仍希望将其作为“堆”动态管理。例如，内存可能分散于不连续的区域，不同区域可能具有不同的缓存、性能或功耗特性，外设也可能只能对特定区域进行 DMA 访问。
为此，Zephyr 提供 sys_multi_heap。它实际上是对一个或多个 sys_heap 对象的简单封装。应先初始化子堆，再调用 sys_multi_heap_init() 初始化多堆，之后通过 sys_multi_heap_add_heap() 将各个堆加入管理集合。库不提供销毁工具；与 sys_heap 一样，需要销毁多堆的应用只需确保所有已分配块都已释放，或至少不再使用，然后将底层内存改作他用。
它提供两个分配入口：sys_multi_heap_alloc() 和 sys_multi_heap_aligned_alloc()。其行为与同类 sys_heap 函数相同，但额外接收一个不透明的“配置”参数。多堆代码本身不检查该指针，而是将其传给初始化时提供的回调函数。应用提供的回调负责从某个受管理堆实际分配内存，并可按需利用配置参数选择堆。
要缩小或扩大已分配缓冲区，可以使用 sys_multi_heap_realloc() 和 sys_multi_heap_aligned_realloc()。如果无法在缓冲区当前所在的堆上扩容，可以使用配置参数所允许的其他堆。
不再使用的多堆分配内存可以通过 sys_multi_heap_free() 释放，应用无需传入配置参数。从任意受管理 sys_heap 对象分配的内存都可以用同样方式释放。
系统堆
系统堆 是预定义的内存分配器，允许线程以类似 malloc() 的方式，从公共内存区域动态分配内存。
系统只定义一个系统堆。与其他堆或内存池不同，系统堆不能通过内存地址直接引用。
只要空间允许，系统堆可以配置为任意大小。
线程可以调用 k_malloc() 动态分配一块堆内存。分配地址保证按指针大小的倍数对齐。如果找不到合适的堆内存块，则返回 NULL。
线程使用完一块堆内存后，可以调用 k_free() 将其释放回系统堆。
定义堆内存池
堆内存池的大小由 CONFIG_HEAP_MEM_POOL_SIZE 配置选项指定。
默认情况下，堆内存池大小为零字节，表示内核不定义堆内存池对象。最大大小受系统可用内存限制。如果无法满足指定大小，项目构建会在链接阶段失败。
此外，各子系统（开发板、驱动程序、库等）可以定义以 HEAP_MEM_POOL_ADD_SIZE_ 为前缀的 Kconfig 选项，指定自身需求，单位为字节。如果多个子系统指定了自定义值，则以这些值之和作为最小需求。如果应用尝试设置低于该最小值的大小，该设置会被忽略，改用最小值。
要强制使用低于最小需求的值，应用可以启用 CONFIG_HEAP_MEM_POOL_IGNORE_MIN。在针对特定应用优化堆大小、能够更准确地确定最小需求时，此选项很有用。
Allocating Memory
调用 k_malloc() 可以分配一块堆内存。
以下代码分配一块 200 字节的堆内存，然后将其清零。如果未取得合适的内存块，则发出警告。
char *mem_ptr;
mem_ptr = k_malloc(200);
if (mem_ptr != NULL)) {
memset(mem_ptr, 0, 200);
...
} else {
printf("Memory not allocated");
}
Releasing Memory
调用 k_free() 可以释放一块堆内存。
以下代码分配一块 75 字节的内存，并在不再需要时释放。
char *mem_ptr;
mem_ptr = k_malloc(75);
... /* use memory block */
k_free(mem_ptr);
使用建议
使用堆内存池以类似 malloc() 的方式动态分配内存。
配置选项
相关配置选项：