Linux服务器开发,内存池原理与实现

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前言

内存池顾名思义，是管理栈空间中堆的组件。有了内存池，可以避免频繁的分配和释放堆空间。从另一个角度说，内存池是为了提升变量的生存周期。

作用

频繁分配导致内存分配碎片化。
内存管理不是几分钟几天的内存问题，而是解决当程序长时间运行时，改变资源不进行管理造成被系统杀死的命运。如果运行几个月后偶现的问题较难排查，对于这种问题排查也是束手无策，所以使用内存池是一件非常有必要的事。

注意点

• 一定要用内存池。
• 不要自己实现内存池！听到这一点我就开心了，毕竟减少了时间劳动的成本。因为这种组件很大部分都工程师都没有这个能力。
• 内存池的原理一定要懂。
  jemallocl是c实现的，tcmaloc是google用c++实现的，更推荐这个，内存回收机制有些小问题，绝大部分使用没问题。用起来简单，加个宏定义，会hook住malloc。
  
  小块回收是一个极其麻烦的事情，随着时间的推移小字节内存块越来越多浪费也越来越多。解决方案是固定大小的内存。但是固定大小的也存在着不灵活的问题，很多内存用不了的情况。
  改进的方法使用梯度的固定大小，大块的内存要多少给多少，小块内存分档次进行处理。
  
  但是仍存在的问题时：
• 链表查找速度慢。——>1、区分使用过否。2、红黑树，哈希。
• 出现了间隙，不利于回收，极其麻烦。——>影响小块的回收。

几种使用场景
1、全局内存池 jemmaloc/tcmalloc。
2、一个连接做一个内存池，一个连接释放一个内存池被销毁。生命周期短所以小块不用回收。
3、消息x，浪费。

实现内存池

使用大块和小块来实现。

void *mp_memalign(struct mp_pool_s *pool, size_t size, size_t alignment)
 {
	void *p;
	//posix_memalign()这个函数可以分配出大空间的内存
	int ret = posix_memalign(&p, alignment, size);
	if (ret) {
		return NULL;
	}
	struct mp_large_s *large = mp_alloc(pool, sizeof(struct mp_large_s));
	if (large == NULL) 
	{
		free(p);
		return NULL;
	}
	large->alloc = p;
	large->next = pool->large;
	pool->large = large;

	return p;
}

struct mp_pool_s *mp_create_pool(size_t size)
 {
	struct mp_pool_s *p;
	int ret = posix_memalign((void **)&p, MP_ALIGNMENT, size + sizeof(struct mp_pool_s) + sizeof(struct mp_node_s));
	if (ret)
	 {
		return NULL;
	}
	p->max = (size < MP_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : MP_MAX_ALLOC_FROM_POOL;
	p->current = p->head;
	p->large = NULL;
	p->head->last = (unsigned char *)p + sizeof(struct mp_pool_s) + sizeof(struct mp_node_s);
	p->head->end = p->head->last + size;

	p->head->failed = 0;

	return p;
}

posix_memallign((void **)&pool,ALIGNMENT,size+sizeof(struct mp_pool));
//分配超过4K就分配不出来，所有调用此api

注意释放顺序，必须大块先释放，再释放小块。将指向大块节点的那块内存放在小块中，可以减少释放内存时的难度系数。

总结

今天通过零声学院King老师绘声绘色的讲述内存池，让我感触颇深。
从技术知识层面，我又从新的一个角度认识了内存池。以前一直感觉内存池是一个臃肿的组件，从来没有感受到内存池存在着重要的意义。有了内存池就可以轻松避免内存管理出现的问题，有的程序工作几个月以上出现崩溃的情况，偶现的问题往往是极难排查的，用上内存池可以更加保险。尽管不需要自己手写内存池，但是我已经足够深入的了解了内存池的历史演变和工作原理，可以说这在工作中完全足够在同事面前炫耀一番了。
感觉这句话是我印象最深的：线程池、内存池其实没有标准，要根据实际情况去确定。个人理解没有标准往往比有标准更加痛苦，我只能通过自己的努力不断的探索标准，才能更快的进步。
最后，还是非常感谢零声学院的King老师，啊，有King老师的陪伴学习的路上变得异常平坦开阔。