1 任务一：实现固定内存池

1.1 默认内存管理函数的不足

利用默认的内存管理函数new/delete或malloc/free在堆上分配和释放内存会有一些额外的开销。

如果应用程序频繁地在堆上分配和释放内存，则会导致性能的损失。并且会使系统中出现大量的内存碎片，降低内存的利用率。

而内存池是在真正分配内存之前，先申请分配一定数量，大小相等（固定内存池的情况）的内存块留作备用。当有新的内存需求的时候，便从内存池分出一部分内存块。这样做就减少了在堆上分配和释放内存的次数，提高内存的利用率。

1.2 需要实现的效果

每次申请就分配一块固定大小的内存块，返回其首地址。在这个内存块需要回收时，将其由内存池来管理。在内存池已经分配完后，再次接受到申请请求时，要新开辟一块内存池。

1.3 思路

假设内存池的内存块个数为BLOCK_SIZE，每一块内存块大小为UNIT_SIZE个字节。

一开始先用malloc函数申请BLOCK_SIZE * UNIT_SIZE 大小的内存，再将这块内存构建成一个记录当前可供分配内存块的单向链表，链表每个元素的大小为UNIT_SIZE,如图所示。

一开始的时候，链表里的每个元素都是可供分配的。当内存申请时，将链表的第一个分配出去，给申请对象返回该块的首地址。在回收的时候，将其添加回链表。当分配满了的时候，再申请一块内存来构建单向链表。

因此整个过程就是构建一个单向链表并维护该链表。

1.4 部分代码

#define BLOCK_SIZE 5
#define UNIT_SIZE 31

// 数据结构
typedef struct block {
    struct block * next;
} T;
// 可分配内存块的链表头指针
T * avail = NULL;

// 构建单向链表
T * init(){
    T * head = (T *)malloc(BLOCK_SIZE * UNIT_SIZE);
    T * p = head;
    for (int i = 0; i < BLOCK_SIZE - 1; i++){
        // 这里将T类型指针转成char类型指针是确保指针移动了UNIT_SIZE个字节数
        p->next = (T *)((char *)p + UNIT_SIZE);
        p = p->next;
    }
    p->next = NULL;
    return head;
}
// 申请一块内存块
void * apply(){
    T * p;
    if (avail == NULL){
        avail = init();
        printf("generate new pool\n");
    }

    p = avail;
    avail = avail->next;
    // 返回无类型指针 void *
    return (void *)p;
}
// 回收
void recycle(void * temp){
    T * t = (T*)temp;
    t->next = avail;
    avail = t;
}

1.5 收获

总体下来思路还是挺清晰的，实现过程出现的很多问题都是对C语言不熟悉特别是指针的移动。出现的疑问有指针的加1操作、结构体大小计算以及字节对齐的原因等。

1.6 相关链接

C++ 应用程序性能优化，第 6 章：内存池

2 任务二：使用存储映射I/O（mmap函数）修改文本文件

2.1 mmap和常规文件操作的区别

常规文件系统操作（调用read/fread等类函数）中，函数的调用过程：
1、进程发起读文件请求。
2、内核通过查找进程文件符表，定位到内核已打开文件集上的文件信息，从而找到此文件的inode。
3、inode在address_space上查找要请求的文件页是否已经缓存在页缓存中。如果存在，则直接返回这片文件页的内容。
4、如果不存在，则通过inode定位到文件磁盘地址，将数据从磁盘复制到页缓存。之后再次发起读页面过程，进而将页缓存中的数据发给用户进程。

常规文件操作为了提高读写效率和保护磁盘，使用了页缓存机制。一个进程读文件需要两次拷贝（文件页到页缓存，页缓存到进程对应的地址空间），写操作也是一样。(?)

而使用mmap操作文件中，创建新的虚拟内存区域和建立文件磁盘地址和虚拟内存区域映射这两步，没有任何文件拷贝操作。

两者的区别如图

最直观的感觉就是使用mmap映射，多个进程共享了文件的同一个副本。

2.2 mmap内存映射的实现过程

（一）进程启动映射过程，并在该进程的虚拟地址空间中为映射创建虚拟映射区域
（二）调用内核空间的系统调用函数mmap，实现文件物理地址和进程虚拟地址的一一映射关系
（三）进程发起对这片映射空间的访问，引发缺页异常，实现文件内容到物理内存（主存）的拷贝

该引用的文章链接为 https://www.cnblogs.com/huxiao-tee/p/4660352.html

2.3 需要实现的效果

新建文本文件，使用mmap来添加文字并保存。

2.4 代码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include  
#include 
#define FILE_MODE   (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH) 
int main(){
    // 待添加的文本
    char * src = "testtesttest";
    int out= open("./a", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC,FILE_MODE);

    int input_size = strlen(src);
    // 下面两步是为了将文件大小设置成待添加文本的大小。映射的时候才会做到一一映射
    if(lseek(out, input_size - 1, SEEK_SET) == -1){//将光标移到第input_size - 1的位置
        printf("lseek error\n");
    }
    if (write(out, "", 1) != 1){//写入字节为1的空字符
        printf("write error\n");
    }

    void * dest = mmap(0, input_size, PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED, out,0);
    if(dest == MAP_FAILED){
        printf("mmap error\n");
    }
    // 将fdin指向的区域拷贝到dst指向的区域，拷贝input_size个字节
    memcpy(dest, src, input_size);
    return 0;
}

2.5 收获

这份代码是按照书中例子敲的，但是自己不熟悉c语言的常用函数例如lseek,write等导致误解了函数的作用。所以说不懂的函数，参数就要多查，不要乱猜。把解决一个问题需要的前提条件和准备工作构思好，然后去检查案例代码是否完成了这些工作！！！

两天实习笔记