一、为什么要自己实现内存管理
后续的章节涉及这些内核对象：task、queue、semaphores和event group等。为了让FreeRTOS更容易使用，这些内核对象一般都是动态分配：用到时分配，不使用时释放。使用内存的动态管理功能，简化了程序设计：不再需要小心翼翼地提前规划各类对象，简化API函数的涉及，甚至可以减少内存的使用。
内存的动态管理是C程序的知识范畴，并不属于FreeRTOS的知识范畴，但是它跟FreeRTOS关系是如此紧密，所以我们先讲解它。
在C语言的库函数中，有mallc、free等函数，但是在FreeRTOS中，它们不适用：
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不适合用在资源紧缺的嵌入式系统中
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这些函数的实现过于复杂、占据的代码空间太大
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并非线程安全的(thread-safe)
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运行有不确定性：每次调用这些函数时花费的时间可能都不相同
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内存碎片化
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使用不同的编译器时，需要进行复杂的配置
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有时候难以调试
注意：我们经常"堆栈"混合着说，其实它们不是同一个东西：
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堆，heap，就是一块空闲的内存，需要提供管理函数
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malloc：从堆里划出一块空间给程序使用
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free：用完后，再把它标记为"空闲"的，可以再次使用
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栈，stack，函数调用时局部变量保存在栈中，当前程序的环境也是保存在栈中
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可以从堆中分配一块空间用作栈
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二、FreeRTOS的5中内存管理方法
FreeRTOS中内存管理的接口函数为：pvPortMalloc 、vPortFree，对应于C库的malloc、free。 文件在 FreeRTOS/Source/portable/MemMang 下，它也是放在 portable 目录下，表示你可以提供自 己的函数。
源码中默认提供了5个文件，对应内存管理的5种方法。
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2.1 Heap_1
它只实现了pvPortMalloc，没有实现vPortFree。
如果你的程序不需要删除内核对象，那么可以使用heap_1：
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实现最简单
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没有碎片问题
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一些要求非常严格的系统里，不允许使用动态内存，就可以使用heap_1
它的实现原理很简单，首先定义一个大数组：
/* Allocate the memory for the heap. */ ##if ( configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP == 1 ) /* The application writer has already defined the array used for the RTOS * heap - probably so it can be placed in a special segment or address. */ extern uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ]; ##else static uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ]; ##endif /* configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP */
然后，对于pvPortMalloc调用时，从这个数组中分配空间。
FreeRTOS在创建任务时，需要2个内核对象：task control block(TCB)、stack。
使用heap_1时，内存分配过程如下图所示：
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A：创建任务之前整个数组都是空闲的
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B：创建第1个任务之后，蓝色区域被分配出去了
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C：创建3个任务之后的数组使用情况
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2.2 Heap_2
Heap_2之所以还保留，只是为了兼容以前的代码。新设计中不再推荐使用Heap_2。建议使用Heap_4来替代Heap_2，更加高效。
Heap_2也是在数组上分配内存，跟Heap_1不一样的地方在于：
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Heap_2使用最佳匹配算法(best fit)来分配内存
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它支持vPortFree
最佳匹配算法：
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假设heap有3块空闲内存：5字节、25字节、100字节
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pvPortMalloc想申请20字节
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找出最小的、能满足pvPortMalloc的内存：25字节
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把它划分为20字节、5字节
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返回这20字节的地址
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剩下的5字节仍然是空闲状态，留给后续的pvPortMalloc使用
与Heap_4相比，Heap_2不会合并相邻的空闲内存，所以Heap_2会导致严重的"碎片化"问题。
但是，如果申请、分配内存时大小总是相同的，这类场景下Heap_2没有碎片化的问题。所以它适合这种场景：频繁地创建、删除任务，但是任务的栈大小都是相同的(创建任务时，需要分配TCB和栈，TCB总是一样的)。
虽然不再推荐使用heap_2，但是它的效率还是远高于malloc、free。
使用heap_2时，内存分配过程如下图所示：
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A：创建了3个任务
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B：删除了一个任务，空闲内存有3部分：顶层的、被删除任务的TCB空间、被删除任务的Stack空间
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C：创建了一个新任务，因为TCB、栈大小跟前面被删除任务的TCB、栈大小一致，所以刚好分配到原来的内存
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2.3 Heap_3
Heap_3使用标准C库里的malloc、free函数，所以堆大小由链接器的配置决定，配置项configTOTAL_HEAP_SIZE不再起作用。
C库里的malloc、free函数并非线程安全的，Heap_3中先暂停FreeRTOS的调度器，再去调用这些函数，使用这种方法实现了线程安全。
2.4 Heap_4
跟Heap_1、Heap_2一样，Heap_4也是使用大数组来分配内存。
Heap_4使用首次适应算法(first fit)来分配内存。它还会把相邻的空闲内存合并为一个更大的空闲内存，这有助于较少内存的碎片问题。
首次适应算法：
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假设堆中有3块空闲内存：5字节、200字节、100字节
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pvPortMalloc想申请20字节
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找出第1个能满足pvPortMalloc的内存：200字节
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把它划分为20字节、180字节
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返回这20字节的地址
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剩下的180字节仍然是空闲状态，留给后续的pvPortMalloc使用
Heap_4会把相邻空闲内存合并为一个大的空闲内存，可以较少内存的碎片化问题。适用于这种场景：频繁地分配、释放不同大小的内存。
Heap_4的使用过程举例如下：
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A：创建了3个任务
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B：删除了一个任务，空闲内存有2部分：
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顶层的
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被删除任务的TCB空间、被删除任务的Stack空间合并起来的
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C：分配了一个Queue，从第1个空闲块中分配空间
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D：分配了一个User数据，从Queue之后的空闲块中分配
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E：释放的Queue，User前后都有一块空闲内存
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F：释放了User数据，User前后的内存、User本身占据的内存，合并为一个大的空闲内存
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Heap_4执行的时间是不确定的，但是它的效率高于标准库的malloc、free。
2.5 Heap_5
Heap_5分配内存、释放内存的算法跟Heap_4是一样的。
相比于Heap_4，Heap_5并不局限于管理一个大数组：它可以管理多块、分隔开的内存。
在嵌入式系统中，内存的地址可能并不连续，这种场景下可以使用Heap_5。