一、博客聲明

??又是一年一度的秋招，怎么能只刷筆試題目呢，面試題目也得看，想當好廠的牛馬其實也不容易呀O(∩_∩)O。注意：這篇博客大部分是來自網上的資源，通過自問或者他問，然后尋找答案，為了加深印象，總結和抄一遍。

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二、自問題目

1、嵌入式系統的內存布局是怎么樣的？

??嵌入式系統中的內存布局分為5個部分：*棧(Stack)、堆(Heap)、BBS段(Block Started by Symbol)、 數據段(Data Segment)、 代碼段(Text Segment) 。 其描述可以看下面這幅圖片。

• 棧(Stack)： 用于函數調用時局部變量和函數調用信息，從高地址向低地址增長。棧的大小和生命周期由編譯器在編譯時確定，通常在程序啟動時就分配好了。

• 堆(Heap)： 用于動態內存分配，從低地址向高地址增長。在程序運行時，需要通過函數如malloc() 和 free() 來動態分配和釋放內存。

• BSS段(Block Started by Symbol)： 用于存放未初始化的全局變量和靜態變量。在程序運行前會將這些變量初始化位0或者空指針。

• 數據段(Data Segment)： 存放已經初始化的全局變量和靜態變量，在程序運行前就已經分配好了內存空間。

• 代碼段(Text Segment)： 存放程序的機器指令，通常是只讀的。通常包括程序的執行代碼，如函數、循環、條件語句等。

2、動態內存分配在嵌入式系統中的使用有什么注意事項？

??動態內存分配需要注意四個問題，分別是內存碎片、內存泄漏、實時性和資源受限。

• 內存碎片： 頻繁的動態內存分配和釋放可能導致內存碎片，影響系統穩定性。
• 內存泄漏： 未釋放的內存會導致內存泄漏，逐漸耗盡可用內存。
• 實時性： 動態內存分配的時間開銷可能不確定，影響系統的實時性能。
• 資源受限： 嵌入式系統通常內存資源有限，應該盡量避免頻繁的使用動態內存分配。

3、什么是內存碎片，如何減少內存碎片？

• 內存碎片： 內存碎片分為了內部碎片和外部碎片：

  • **內部碎片： ** 分配的內存塊比實際需要的內存大，未使用的部分稱為內部碎片。
  • **外部碎片： ** 多個小的內存塊之間存在未使用的空間，無法被利用。

• 減少內存碎片的方法：

  • 使用固定大小的內存塊： 分配固定大小的內存塊，避免大小不一的內存分配。
  • 內存池： 使用內存池進行內存分配和釋放，減少碎片。
  • 緊湊算法： 在適當的時候進行內存緊湊，合并小塊內存。

4、什么是內存池，有什么特點優勢，工作原理是什么？

• 內存池： 是一種管理內存分配和釋放的技術，其核心思想就是預先分配一定數量的內存塊，然后在程序運行期間重復使用這些內存塊，而不是動態地分配和釋放內存。內存池常用于需要頻繁進行小塊內存分配和釋放的場景。
• 特點和優勢：
  • 提高性能： 避免了頻繁的動態內存和釋放操作，減少內存碎片的產生，從而提高了內存分配和釋放的效率。
  • 減少內存碎片： 由于內存池預先分配了一定數量的內存塊，這些內存塊的大小是固定的，或者按照需求配置，因此能有效地減少內存碎片的產生。
  • 簡化管理： 內存池可以有程序員精準地控制和管理，避免了內存管理帶來的不確定性和性能消耗。
  • 實時性： 在需要實時性較高的系統重，內存池可以提前分配和初始化內存塊，減少了運行時不可預測的延遲。
• 工作原理： 通常由 內存塊池、分配算法和回收機制 三部分組成。
  • 內存塊池： 預先分配一定數量的內存塊集合，每個內存塊大小固定或者按需求配置。
  • 分配算法： 用于從內存塊池中分配內存塊的算法，通常是一種簡單的分配策略。如首次適配，最佳適配。
  • 回收機制： 用于將不再使用的內存塊放回到內存池中，以便下次重復使用。

5、如何避免內存泄漏？

• 合理分配和釋放內存： 確保每次分配的內存都有相應的釋放操作。
• 使用工具： 如Valgrind、AddressSanitizer等工具檢測內存泄漏。
• 代碼審查： 通過代碼審查發現潛在的內存泄漏問題。
• 設計規范： 制定并遵守內存管理的設計規范和編碼標準。

6、在嵌入式系統中，棧溢出的原因有哪些？如何檢測和避免棧溢出？

• 棧溢出的原因：

  • 遞歸調用： 過深的遞歸調用會導致棧空間被耗盡。
  • 過大的局部變量： 在棧上分配過大的局部變量（如大數組）會導致棧溢出。
  • 不合理的棧大小設置： 初始化時分配的棧空間不足。

• 檢測和避免棧溢出的方法：

  • 堆棧監控： 使用工具或者手動在棧頂放置哨兵值，監控棧的使用情況。
  • 合理分配棧空間： 根據系統需求合理的設置棧的空間大小。
  • 避免使用深度遞歸： 使用循環替代遞歸，避免深度遞歸調用。
  • 將大變量放在堆上： 堆的空間比較大，因此可以將需要大量內存的變量放在堆上，緩解棧的壓力。

7、解釋嵌入式系統中的內存對齊。為什么需要內存對齊？

• 內存對齊： 是指數據在內存中的地址按照特定的邊界排列。例如，4字節對齊表示數據地址必須是4的倍數。
• 原因：
  • 硬件要求： 某些處理器要求數據按照特定的邊界對齊，否則導致異常或性能下降。
  • 性能優化： 對齊數據可以提高內存的訪問效率，減少CPU訪問內存的次數。
  • 異常報錯： 對某些嚴格要求的系統架構，如果不按要求對齊，會發生異常報錯乃至系統崩潰。

8、如何優化嵌入式系統中的內存使用？

• 使用內存池： 減少動態內存分配帶來的碎片和開銷。
• 代碼優化： 減少不必要的全局變量和靜態變量，優化局部變量的使用。
• 數據結構優化： 選擇合適的數據結構，避免浪費內存。
• 合理分配棧和堆的空間： 根據實際需求合理分配棧和堆的大小。
• 定期檢查和清理： 使用工具定期檢查內存的使用情況，及時發現和清理內存泄漏。

9、malloc和free函數的工作原理？

• malloc： 在堆上分配指定大小的內存塊，返回指向該內存塊的指針。如果返回失敗，返回NULL。
• free： 釋放malloc分配的內存塊，將其歸還給內存池供以后使用。
• 工作原理：
  • malloc： 從堆上找到一個足夠大的空閑內存塊，標記為已使用，并返回該內存塊的指針，如果沒有合適的內存塊，會嘗試向操作系統請求更多的內存。
  • free： 將指定的內存塊標記為可用，并嘗試合并相鄰的空閑塊以減少碎片。