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自己撸一个内存池 其实就相当于linux里面带的 slab分配器 可以翻翻之前的章 看看slab 和伙伴分配器的不同 在学习c语言时#xff0c;我们常常会使用到malloc()去申请一块内存空间#xff0c;用于存放我们的数据。刚开始我们只要知道申请内存时使用用malloc去申请一块就…前言
自己撸一个内存池 其实就相当于linux里面带的 slab分配器 可以翻翻之前的章 看看slab 和伙伴分配器的不同 在学习c语言时我们常常会使用到malloc()去申请一块内存空间用于存放我们的数据。刚开始我们只要知道申请内存时使用用malloc去申请一块就可以而其中的原理我们并不关心。但是随着我们对运行环境的要求越来越多样化复杂化以及对稳定性以及性能问题的要求逐渐变得越来越重要时我们往往需要关注到性能问题。而研究性能问问如果只停留在知道使用malloc()可以去申请一块内存空间是远远不够的此时我们就需要去研究相关的原理和代码。 在Linux中最先推出用于分配内存的管理单元和算法是伙伴分配器 伙伴分配器是以页为单位管理和分配内存。但是伙伴分配器要求所有分配单元是2的幂而在内核中的需求却以字节为单位在内核中面临频繁的结构体内存分配问题。假如我们需要动态申请一个内核结构体占 20 字节若仍然分配一页内存这将严重浪费内存。这也将会导致内部碎片也就是我们常说的内存碎片问题。那么该如何分配才能减少内存碎片呢 slab 分配器专为小内存分配而生slab分配器分配内存以字节为单位基于伙伴分配器的大内存进一步细分成小内存分配。换句话说slab 分配器仍然从 Buddy 分配器中申请内存之后自己对申请来的内存细分管理。从而达到减少内存碎片化的目的。 我们可以把伙伴分配器理解成一个仓库它提供给商店slab进行批发的货物商店slab从仓库伙伴分配器进货以后再零售给消费者使用kmalloc的用户。
使用命令 可以看见slab分配器的情况 有很多预先分配
roottest-PC:~# cat /proc/slabinfo内存池原理
memory pool是- -种内存分配方式又被称为固定大小区块规划。平时我们直接所使用 的malloc,new,free,delete等等API申请内存分配这做缺点在于由于所申请内存块的 大小不定当频繁使用时会造成大量的内存碎片并进而降低性能。 内存池则是在真正使用内存之前先申请分配一 定数量的、大小相等的内存块留作备 用。当有新的内存需要的时候就直接从内存池中分出一 部分内存块若内存块不够再 继续申请新的内存这样做优势使得内存分配效率得到提升。
手撸内存池
可以理解为在用户空间提前分配内存 main函数模拟你的app 在app中使用自定义的 函数进行malloc 和内存释放
要做的
1、获取内存映射表的位置 2、获取内存所在位置 3、获取内存分配表的位置 4、内存池初始化 5、内存分配 6、内存释放 7、内存池销毁
main.c#include stdio.h#include memory_pool.h#define LOOP 5
#define ALLOC_SIZE 8int main(void)
{Memory_Pool *pool NULL;char *p1 NULL;char *p2 NULL;int i 0;pool memory_pool_init(1024, 512);if (pool NULL)printf(memory pool init failed\n);for (i 0; i 2; i) {p1 (char *)Memory_malloc(pool, ALLOC_SIZE);if (p1 NULL)printf(Malloc failed\n);elseprintf(Malloc success\n);memory_free(pool, p1);}p1 (char *)Memory_malloc(pool, 256);if (p1 NULL)printf(Malloc failed\n);elseprintf(Malloc success\n);p2 (char *)Memory_malloc(pool, 512);if (p1 NULL)printf(Malloc failed\n);elseprintf(Malloc success\n);memory_free(pool, p1);p1 (char *)Memory_malloc(pool, 256);if (p1 NULL)printf(Malloc failed\n);elseprintf(Malloc success\n);memory_pool_destroy(pool);return 0;
}linux_pool.h
#ifndef __MEMORY_POOL_H__
#define __MEMORY_POOL_H__#define MAX_POOL_SIZE 1024 * 1024
#define BLOCK_SIZE 64//内存映射表对应的数据类型
typedef struct memory_map_talbe
{char *p_block;int index;int used;
} Memory_Map_Table;//内存分配表
typedef struct memory_alloc_table
{char *p_start;int used;int block_start_index;int block_cnt;
}Memory_Alloc_Table;//内存池类型
typedef struct memory_pool
{char *memory_start;//内存池起始地址, free整个内存池时使用Memory_Alloc_Table *alloc_table; //指向刚刚的内存映射表Memory_Map_Table *map_table; //指向刚刚的内存分配表int total_size;int internal_total_size;int increment;int used_size; //使用大小int block_size; //块大小int block_cnt; //块数量int alloc_cnt; //分配的数量
} Memory_Pool;extern Memory_Pool *memory_pool_init(int size, int increment);
extern void *Memory_malloc(Memory_Pool *pool, int size);
extern void memory_free(Memory_Pool *pool, void *memory);
extern void memory_pool_destroy(Memory_Pool *pool);#endif
linux_pool.c
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include string.h#include linux_pool.h
//获取内存映射表的位置
Memory_Map_Table *map_table_pos(Memory_Pool *pool)
{Memory_Map_Table *p (Memory_Map_Table *)(pool-memory_start sizeof(Memory_Pool));return p;
}//获取内存映射表的位置
Memory_Alloc_Table *alloc_table_pos(Memory_Pool *pool)
{//感觉这里需要先知道整体架构 才能知道这个位置怎么算出来的Memory_Alloc_Table *p (Memory_Alloc_Table *) \(pool-memory_start sizeof(Memory_Pool)sizeof(Memory_Map_Table)*(pool-block_cnt));return pm;
}//获得memory在位置
char *memory_pos(Memory_Pool *pool)
{char *p (char *)(pool-memory_start sizeof(Memory_Pool) (sizeof(Memory_Map_Table) sizeof(Memory_Alloc_Table))* pool-block_cnt);return p;
}Memory_Pool *memory_pool_init(int size, int increment)
{char *p NULL;char *p_memory NULL;Memory_Pool *pool NULL;Memory_Alloc_Table *alloc_table NULL; //内存分配表的地址(首地址)Memory_Alloc_Table *p_alloc_table NULL;//因为有多个表(这个指针结合上的首地址来描述后面的表)Memory_Map_Table *map_table NULL; Memory_Map_Table *p_map_table NULL;int block_cnt 0;int all_size 0;int i 0;if (size 0 || size MAX_POOL_SIZE) {printf(memory_pool_init(): Invalid size(%d)\n, size);return pool;}block_cnt ((size BLOCK_SIZE - 1) / BLOCK_SIZE); //这里写的很奇怪 等下看看取整怎么写的//算出总体大小 进行分配all_size sizeof(Memory_Pool) (sizeof(Memory_Map_Table) sizeof(Memory_Alloc_Table)) * block_cnt size;p (char *)malloc(all_size);if (p NULL) {perror(Malloc failed\n);return pool;}memset(p, 0, all_size);pool (Memory_Pool *)p;pool-block_cnt block_cnt;pool-block_size BLOCK_SIZE;pool-increment increment;pool-internal_total_size BLOCK_SIZE * block_cnt;pool-total_size size;pool-used_size 0;pool-alloc_cnt 0;pool-memory_start p;p_memory memory_pos(pool);map_table map_table_pos(pool);//每个内存块都应该有个映射表for (i 0; i block_cnt; i) {p_map_table (Memory_Map_Table *)((char *)map_table i * sizeof(Memory_Map_Table));p_map_table-index 0;p_map_table-p_block p_memory i * BLOCK_SIZE;p_map_table-used 0;}alloc_table alloc_talbe_pos(pool);for (i 0; i block_cnt; i) {p_alloc_table (Memory_Alloc_Table *)((char *)alloc_table i * sizeof(Memory_Alloc_Table));p_alloc_table-block_cnt 0;p_alloc_table-block_start_index -1;p_alloc_table-p_start NULL;p_alloc_table-used 0;}printf(memory_pool_init: total size: %d, block cnt: %d, block size: %d\n,pool-total_size, pool-block_cnt, BLOCK_SIZE);return pool;
}//自定义的内存分配函数,使用自己的内存池来分配内存
void *Memory_malloc(Memory_Pool *pool, int size)
{char *p_start NULL;int need_block_cnt 0;Memory_Map_Table *map_table NULL;Memory_Map_Table *p_map_table NULL;Memory_Alloc_Table *alloc_table NULL;Memory_Alloc_Table *p_alloc_table NULL;int block_cnt 0;int start_index -1;int i 0;if (size 0) {printf(Invalid size(%d)\n, size);return p_start;}if (size pool-total_size) {printf(%d is more than total size\n, size);return p_start;}//剩余的不够if (size pool-total_size - pool-used_size) {printf(Free memory(%d) is less than allocate(%d)\n,pool-total_size - pool-used_size, size);return NULL;}need_block_cnt (size BLOCK_SIZE - 1) / BLOCK_SIZE;//取整map_table map_table_pos(pool);start_index -1;for (i 0; i pool-block_cnt; i) {//找到一个能用的映射表p_map_table (Memory_Map_Table *)((char *)map_table i * sizeof(Memory_Map_Table));if (p_map_table-used) {//printf(before alloc: map index: %d is used\n, i);block_cnt 0;start_index -1;continue;}if (start_index -1) {start_index i;//printf(start_index: %d\n, start_index);}block_cnt;if (block_cnt need_block_cnt) {break;}}if (start_index -1) {printf(No available memory to used\n);return NULL;}//找当能用的内存分配表alloc_table alloc_talbe_pos(pool);for (i 0; i pool-block_cnt; i) {p_alloc_table (Memory_Alloc_Table *)((char *)alloc_table i * sizeof(Memory_Alloc_Table));if (p_alloc_table-used 0) {break;}p_alloc_table NULL;}if (p_alloc_table NULL) {return NULL;}p_map_table (Memory_Map_Table *)((char *)map_table sizeof(Memory_Map_Table) * start_index);p_alloc_table-p_start p_map_table-p_block;p_alloc_table-block_start_index p_map_table-index;p_alloc_table-block_cnt block_cnt;p_alloc_table-used 1;//printf(block cnt is %d\n, block_cnt);for (i start_index; i start_index block_cnt; i) {p_map_table (Memory_Map_Table *)((char *)map_table i * sizeof(Memory_Map_Table));//printf(map index: %d is used\n, i);p_map_table-used 1;}printf(Alloc size: %d, Block: (start: %d, end: %d, cnt: %d)\n, size,start_index, start_index block_cnt - 1, block_cnt);pool-alloc_cnt;pool-used_size size;return p_alloc_table-p_start;
}void memory_free(Memory_Pool *pool, void *memory)
{Memory_Map_Table *map_table NULL;Memory_Map_Table *p_map_table NULL;Memory_Alloc_Table *alloc_table NULL;Memory_Alloc_Table *p_alloc_table NULL;int i 0;int block_start_index 0;int block_cnt 0;if (memory NULL) {printf(memory_free(): memory is NULL\n);return;}if (pool NULL) {printf(Pool is NULL\n);return;}alloc_table alloc_talbe_pos(pool);for (i 0; i pool-alloc_cnt; i) {p_alloc_table (Memory_Alloc_Table *)((char *)(alloc_table) i * sizeof(Memory_Alloc_Table));if (p_alloc_table-p_start memory) {block_start_index p_alloc_table-block_start_index;block_cnt p_alloc_table-block_cnt;}}if (block_cnt 0) {return;}map_table map_table_pos(pool);printf(Block: free: start: %d, end: %d, cnt: %d\n, block_start_index,block_start_index block_cnt -1, block_cnt);for (i block_start_index; i block_start_index block_cnt; i) {p_map_table (Memory_Map_Table *)((char *)map_table i * sizeof(Memory_Map_Table));p_map_table-used 0;}p_alloc_table-used 0;pool-used_size - block_cnt * BLOCK_SIZE;
}void memory_pool_destroy(Memory_Pool *pool)
{if (pool NULL) {printf(memory_pool_destroy: pool is NULL\n);return;}free(pool);pool NULL;
}
