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  • STL中的空间配置器

    这里我只是简要的总结下STL中的空间配置器的知识。

    (一)为什么需要空间配置器

    1、内存碎片问题:在软件开发,程序设计中,我们不免因为程序需求,使用很多的小块内存(基本类型以及小内存的自定义类型)。在程序中不断动态申请,释放。

    内碎片:因为内存对齐/访问效率(CPU取址次数)而产生 如 用户需要3字节,实际得到4或者8字节的问题,其中的碎片是浪费掉的。 
    外碎片:系统中内存总量足够,但是不连续,所以无法分配给用户使用而产生的浪费

    注:内碎片:因为内存对齐/访问效率(CPU取址次数)而产生如用户需要3字节,实际得到4或者8字节的问题,其中的碎片是浪费掉的。

      在存储管理中,内碎片是指分配给作业的存储空间中未被利用的部分,外碎片是指系统中无法利用的小存储块。

    2、系统性能问题:一直在因为小块内存而进行内存申请,调用malloc,由于内存空间是由操作系统管理的,当我们要去开辟时,必然要进行用户态/内核态的切换,这样系统调用产生性能问题。

    (二)空间配置器的构造

    c++空间配置器分为两层配置,当请求的内存大于128b时,就用第一层配置器分配内存,当请求的内存小于等于128b时就调用第二层配置器。

    1、一级配置器设计:第一级其使用malloc(), free(), realloc()等C函数执行实际的内存分配,释放,重新配置等操作。此外,这个配置器提供了当内存配置错误时的处理函数oom*malloc,这个函数会调用*_malloc_alloc_oom_handler()这个错误处理函数,去企图释放内存,然后重新调用malloc分配内存。它内部的allocate()和reallocate()都是在调用malloc()和realloc()不成功后,再调用oom_malloc()和oom_realloc()如此循环,直到分配成功,返回指针(所以再一定程度上提高内存分配成功)。

    总结:它用malloc()函数分配空间,如果分配成功直接返回这块空间,如果空间分配不成功并且用户自己定义了内存不足处理函数,就调用内存不足处理函数,然后在尝试去开辟空间,如果内存还是分配不成功就继续调用内存不足处理函数直到内存成功分配为止,如果用户没有定义内存不足处理函数,那么就会抛出一个异常。

    2、二级配置器的设计:二级空间配置器对内存的管理减少了小区块造成的内存碎片,它主要是:如果所要申请的空间大于128字节,则直接交至一级空间配置器处理,如果小于128字节,则使用二级空间配置器,它是用一个16个元素的自由链表来管理的,每个位置下挂载着大小(分别为8、16、24、32、48、56、64、72、80、88、96、104、112、120、128字节),每次将所需内存提升到8的倍数。 

    (三)空间回收问题

    当用户从二级空间配置器中申请的内存被释放时,二级空间配置器要将其回收然后插入对应的free_list,其过程如下图所示:

    static void deallocate(void *p,size_t n)
    {
        obj *q = (obj *)p;
        obj * volatile * my_free_list;
        //判断所释放内存是否大于128bytes
        if(n > __MAX_BYTES)  
        {   
            //如果大于128bytes,则用一级空间配置器回收
            malloc_alloc::deallocate(p,n);
            return;
        }
        //如果小于128bytes,则使用二级空间配置器回收。
        my_free_list = free_list + FREELIST_INDEX(n);
        q->free_list_link = *my_free_list;
        *my_free_list = q;
    }
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