内存池设计分析部分.docx

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内存池设计分析部分

内存池实现方案一

方案的整体架构，如下：

图1.内存池架构图

结构中主要包含block、list和pool这三个结构体，block结构包含指向实际内存空间的指针，前向和后向指针让block能够组成双向链表；list结构中free指针指向空闲内存块组成的链表，used指针指向程序使用中的内存块组成的链表，size值为内存块的大小，list之间组成单向链表；pool结构记录list链表的头和尾。

内存跟踪策略

该方案中，在进行内存分配时，将多申请12个字节，即实际申请的内存大小为所需内存大小+12。

在多申请的12个字节中，分别存放对应的list指针（4字节）、used指针（4字节）和校验码（4字节）。

通过这样设定，我们很容易得到该块内存所在的list和block，校验码起到粗略检查是否出错的作用。

该结构图示如下：

图2.内存块申请示意图

图中箭头指示的位置为内存块真正开始的位置。

内存申请和释放策略

申请：

根据所申请内存的大小，遍历list链表，查看是否存在相匹配的size；

　　　　存在匹配size：

查看free时候为NULL

　　　　　　free为NULL：

使用malloc/new申请内存，并将其置于used所指链表的尾部

　　　　　　free不为NULL：

将free所指链表的头结点移除，放置于used所指链表的尾部

　　　　不存在匹配size：

新建list，使用malloc/new申请内存，并将其置于该list的used所指链表尾部

　　　返回内存空间指针

释放：

根据内存跟踪策略，获取list指针和used指针，将其从used指针所指的链表中删除，放置于free指针所指向的链表

对方案一的分析

对照“内存池设计”一节中提出的问题，我们的方案一有以下特点：

1.程序启动后内存池并没有内存块，到程序真正进行内存申请和释放的时候才接管内存块管理；

2.该内存池对到来的申请，对申请大小并不做限制，其为每个size值创建链表进行内存管理；

3.该方案没有提供限定内存池大小的功能

结合分析，可以得出该方案应用场景如下：

程序所申请的内存块大小比较固定（比如只申请/释放1024bytes或2048bytes的内存），申请和释放的频率基本保持一致。

内存池实现方案二

1.1将buffer分为四部分，第1部分是mem_pool结构体；第2部分是内存映射表；第3部分是内存chunk结构体缓冲区；第4部分是实际可分配的内存区。

整个buffer结构图如图1所示：

图1内存buffer结构图

第1部分的作用是可以通过该mem_pool结构体控制整个内存池。

第2部分的作用是记录第4部分，即实际可分配的内存区的使用情况。

表中的每一个单元表示一个固定大小的内存块（block），多个连续的block组成一个chunk，每个block的详细结构如图2所示：

图2memoryblock结构图

其中count表示该block后面的与该block同属于一个chunk的blokc的个数，start表示该block所在的chunk的起始block索引。

其实start这个域只有在每个chunk的最后一个block中才会用到（用于从当前chunk寻找前一个chunk的起始位置），而pmem_chunk则是一个指针，指向一个mem_chunk结构体。

任意一块大小的内存都会被取向上整到block大小的整数倍。

第3部分是一个mem_chunkpool，其作用是存储整个程序可用的mem_chunk结构体。

mem_chunkpool中的mem_chunk被组织成双向链表结构（快速插入和删除）。

每个mem_chunk结构图如图3所示：

图3memorychunk结构图

其中pmem_block指向该chunk在内存映射表中的位置，others表示其他一些域，不同的实现对应该域的内容略有不同。

第4部分就是实际可以被分配给用户的内存。

1.2减少内存碎片

只能在一定程度上减少内存碎片，并不能彻底消除内存碎片。

具体方法如下：

在用户释放内存时，尝试将该内存与其相邻的内存合并。

如果其相邻内存为未分配内存则合并成功，合并后作为一整块内存使用；如火其相邻内存为已分配内存则不能合并，该释放的内存块作为一个独立的内存块被使用。

1.3性能分析

链表结构的内存池实现是指将memorychunkset实现为双链表结构。

这种方法的优缺点如下：

优点：

释放内存很快，O

（1）复杂度。

缺点：

分配内存较慢，O（n）复杂度。

1.4内存池运行状态转移图

绿色表示未使用的内存，红色表示已经使用的内存。

其中每个block表示64B，这个值可以根据具体需要设定。

初始化

图4内存池初始化状态

申请内存

图5第1次申请128B内存后

图6第n次申请、释放内存后

释放内存

图7释放64B内存前后

内存池实现方案三

1、内存池包含一个内存池头结构体apr_allocator_t,包含成员指针数组free，每个元素都指向一组队列。

每组队列初始为NULL，当应用层释放申请的内存时，内存并不释放给操作系统，而是挂载在相应大小的队列上。

2、当应用层申请内存时，优先找到大小相符合的队列，在相应队列里寻找最优节点，找到符合大小时，返回给应用层。

找不到时，向操作系统申请。

优点：

申请和释放速度快，内存在需要时才向操作系统申请。

缺点：

当应用层申请内存大小分布及申请释放频率不等时，挂载大量不用内存（可以限制阀值）。

每申请一块内存时，要多申请相应的头信息内存。