内存池的设计与实现

目的

内存池的作用在于消除频繁调用系统默认的内存分配和释放函数所带来的开销问题。

由于每次要求分配的内存大小不等，使用默认的内存分配函数的话，可能给系统带来大量的碎片问题，所以，将内存配置问题交给底层的内存池去处理，是一个不错的选择。

设计

本来打算自己实现一个内存池，想了想还是算了。总结这篇文章的目的在于深入剖析内存池相关内容，主要是相关思想，而不在于代码实现上。所以，通过STL的底层空间配置器来完成本文。

一点思考

考虑一个常规的空间配置器(或者说内存池)的作用是什么？分配内存和释放内存。

使用了空间配置器后，我们将函数调用malloc/free、new/delete的工作包装到配置器中，然后内存池提供相关的分配内存和释放内存接口。这就是最简单的空间配置器

内存池细节考虑

由于每一次分配内存的大小不定，所以考虑到管理方便，STL内存池采用两级内存配置器，若要求的内存大于128bytes，使用malloc/free直接分配和回收。若小于等于128bytes时，由内存池分配和回收。

在内存池中，以8bytes为单位，即维护从8,16,24,..,128bytes的16个链表，每个链表上链接的是对应大小的区块。每一次分配内存时，先将要求的内存大小扩展为8的倍数，然后从对应链表上取走一个区块，释放时，将区块重新链接到对应链表上。

内存池接口

//内存池
class Alloc{
public:[enter description here][1]
	static void *allocate(size_t n);   //分配指定大小的内存
	static void deallocate(void *p, size_t n);  //回收指定内存
	static void *reallocate(void *p, size_t old_sz, size_t new_sz);  //重新分配内存

private:
	union obj{   //free-lists节点构造
		union obj *free_list_link;
		char client_data[1];
	};

private:
	//16个free-lists
	static obj * volatile free_list[NUMFREELISTS];

	//以下函数根据区块的大小，决定使用第n号free-lists. n从0算起
	static size_t FREELIST_INDEX(size_t bytes){
		return ((bytes+ALIGN - 1) / ALIGN - 1);
	}

	//将bytes上调至8的倍数
	static size_t ROUND_UP(size_t bytes){
		return (((bytes)+ALIGN - 1) & ~(ALIGN - 1));
	}

	//返回一个大小为n的对象，并可能加入大小为n的其他区块到free-list
	static void *refill(size_t n);
	
	//配置一大块空间，可容纳nobjs个大小为size的区块
	//如果配饰nobjs个区块无法满足，nobjs可能会降低
	static char *chunk_alloc(size_t size, int &nobjs);

	//区块状态
	static char* start_free;    //内存池起始位置
	static char* end_free;      //内存池结束位置
	static size_t heap_size;
};

• 诚如我前面所讲，public接口只有三个，分配内存，释放内存，重新分配内存。具体的实现过程在此不做列出，有兴趣的参考列出的源码

• 在STL的空间配置器中使用了两层配置方法。当需要的内存大于128bytes，则直接使用malloc函数分配，即第一层配置器只是对系统函数一个简单的包装。

总结

• 仿STL底层空间配置器实现了一个内存池，并给出了一个测试用例。见MemoryPool

• 池的概念，需要好好体会。