SeoulTech开发出超轻量级内存分配器 增强物联网和嵌入式系统的性能

盖世汽车讯 物联网（IoT）设备和单板计算机等嵌入式系统内存和处理能力有限，因此需要有效地管理这些限制。这使得Linux——一个灵活且经济高效的平台——在嵌入式系统中大有可为。事实上，基于Linux的操作系统，包括Ubuntu Core、Raspberry Pi OS、BalenaOS和OpenWrt，已被广泛用于各种嵌入式设备。然而，其默认内存分配器ptmalloc通常无法满足所有应用程序的需求。

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虽然专家们已经提出了诸如jemalloc、tcmalloc和mimalloc等替代方案来改进内存管理，但这些通用动态内存分配器内存消耗大、库文件庞大、复杂度高，最终会导致性能下降。这凸显了对新的轻量级方案的迫切需求。

据外媒报道，为了解决这一问题，降低复杂性并优化性能，由韩国首尔国立科技大学（Seoul National University of Science and Technology，SeoulTech）智能ICT融合工程（Smart ICT Convergence Engineering）助理教授Hwajung Kim博士领导的研究人员开发出LWMalloc，这是一款专为资源受限环境设计的轻量级高性能动态内存分配器。相关研究成果于2025年6月15日发表在《IEEE Internet of Things Journal》上。

LWMalloc基于轻量级数据结构，并采用延迟合并策略和专用小块池来优化内存分配。其数据结构有助于减少元数据开销，从而实现紧凑高效的实现。

值得注意的是，DC策略将冗余操作推迟到分配时执行，从而降低了执行开销，并保持了效率和较短的响应时间。此外，专用的小型数据块池将动态分配模式中常见的小内存请求隔离到固定大小的池中，从而简化了O(1)（常数时间复杂度）的分配。

研究人员通过在Raspberry Pi Zero W、Raspberry Pi 4和Jetson Orin Nano上进行大量的实验性实际应用，证明了LWMalloc的优越性。

Kim博士指出：“我们的方案优于Linux默认分配器ptmalloc，执行时间提升高达53%，内存占用降低23%。LWMalloc的实现紧凑，仅包含530行代码和20 KB大小，远小于ptmalloc的4838行代码和116 KB大小，在性能和内存效率之间实现了有效平衡，非常适合资源受限的环境。”

LWMalloc可以使任何在严格内存和性能限制下运行的嵌入式或物联网系统受益。这些系统包括消费电子产品，例如智能电视、机顶盒、家用电器、移动和可穿戴设备、具有实时限制的汽车系统，以及处理人工智能或数据处理工作负载的边缘计算节点。

从长远来看，像LWMalloc这样的高效内存分配器可以延长设备使用寿命、降低能耗，并使更复杂的应用程序能够在低功耗硬件上运行。

Kim博士表示：“这可以使高性能功能在价格实惠的消费设备上使用，减少电子垃圾，并提高日常嵌入式系统的响应能力和可靠性。此外，随着物联网和边缘计算的持续扩展，此类轻量级分配器对于确保全球互联设备的可扩展性和可持续性至关重要。”