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  • 内存池--定长内存池

    简介

    STL的 __pool_alloc, __mt_alloc,boost的pool系列, ace的ACE_Cached_Allocator均为定长内存池。

    说明

    内存池,根据存储的元素的长度是否可变,分为变长,与定长两种内存池。

    从逻辑上来讲,定长内存池只需存储相同大小的元素,因此无须花费额外的空间(数据结构)来存储元素长度的信息。

    以上几种定长内存池都可以较好的处理定长内存频繁分配的问题。

    STL--pool_alloc

    pool_alloc,原理是挂了16个链表(_S_free_list),每个链表存储分配大小为[1,8],[9-16],[17-24],...,[120,128]的数据。

    1.下图(图一)为数据结构:

     1     class __pool_alloc_base
     2     {   
     3     protected:
     4 
     5       enum { _S_align = 8 };
     6       enum { _S_max_bytes = 128 };
     7       enum { _S_free_list_size = (size_t)_S_max_bytes / (size_t)_S_align };
     8 
     9       union _Obj
    10       {   
    11     union _Obj* _M_free_list_link;
    12     char        _M_client_data[1];    // The client sees this.
    13       };  
    14 
    15       static _Obj* volatile         _S_free_list[_S_free_list_size];
    16 
    17       // Chunk allocation state.
    18       static char*                  _S_start_free;
    19       static char*                  _S_end_free;
    20       static size_t                 _S_heap_size;
    21 
    22         ... 
    23     };

     2.下图(图二)为链表示意图:

     3.allocate

     __pool_alloc<_Tp>::allocate(size_type __n, const void*)

    allocate时,该函数会根据请求的__n乘以sizeof(T)来计算,决定由哪个链表分配。

    4.deallocate

    __pool_alloc<_Tp>::deallocate(pointer __p, size_type __n)

    这点需要重点注意,__n必须要传。如果__n的值与allocate分配时的大小不一致,将会导致deallocate失败。原因是__pool_alloc不会保存实际元素有多长,他需要根据__n来计算数据到底存于哪个链表。 

     STL--mt_alloc

    mt_alloc实现相对复杂,我本地有一篇详细的文档,但由于篇幅的原因,不适宜在本文中添加。

    定义 

    template<typename _Tp, 
           typename _Poolp = __common_pool_policy<__pool, __thread_default> >
        class __mt_alloc : public __mt_alloc_base<_Tp>

    说明

    allocate和deallocate实际都是使用的__pool来分配和管理内存。

    实际上,__pool会在freelist上查找是否有free的block;

    而1.线程ID(对应的,非原始线程ID) 2.数据大小这两个条件将必然能从多个freelist集合中对应出唯一freelist来操作。

    1. 数据大小->bin
    2. 每个bin包含每个线程的freelist。 
    因此每个线程在做allocate时,不需要等待,都是在各自的freelist上去操作,这样提高了并发。

    allocate: 

      1 template<typename _Tp, typename _Poolp>

     2 typename __mt_alloc<_Tp, _Poolp>::pointer
     3      __mt_alloc<_Tp, _Poolp>::
     4      allocate(size_type __n, const void*)
     5      {
     6          ...
     7          // Requests larger than _M_max_bytes are handled by operator
     8          // new/delete directly.
     9      
    10                // Round up to power of 2 and figure out which bin to use.
    11        const size_t __which = __pool._M_get_binmap(__bytes);
    12        const size_t __thread_id = __pool._M_get_thread_id();
    13      
    14        // Find out if we have blocks on our freelist.  If so, go ahead
    15        // and use them directly without having to lock anything.
    16  
    17          ...
    18      }

    deallocate类似,不在此赘述。

     

     
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