内存池的意义与原理

内存池的原理

一 内存池的用处

为什么需要内存池

如果用户每次需要动态内存时，就调用malloc/calloc取申请内存，不用时就使用free释放内存，会带来两个问题：
1.影响系统效率。函数malloc/calloc对系统的消耗比较大，会占用较多的时间，影响系统的效率。
2.会造成内存碎片化的问题。频繁的申请释放内存，会导致内存中有大量没有连成片的小块内存。
因此，为了解决这两个问题，内存池的概念就诞生了。

内存池的作用及原理是什么

内存池最重要的目的是为了消灭碎片化，内存池是一个由已经分配好的内存快组成的一个池子，当用户需要动态内存时，会从内存池中获得一块合适的内存，当用户不需要这块内存时，会由内存池回收，重新添加到内存池中。内存碎片化的问题则由内存池来解决。

二 内存池的实现

使用场景：
1.全局内存池
2.一个链接做一个内存池
如果使用全局内存池，最好用tcmalloc等开源库，因为自己手写的容易出错。如果是一个链接做一个内存池，在用自己手写的。

本次我实现的内存池是固定内存块的内存池。此内存池将内存分为大块和小块。用户申请和释放小块的内存，则由内存池处理。申请时从内存池中获取需要的内存块，释放时将内存块返回给内存池。如果用户申请和释放的是大块内存，则直接申请和释放内存，这些内存不由内存池管理。

内存池的数据结构如下：

struct mp_large_s {
    struct mp_large_s *next;
    void *alloc;
};

struct mp_node_s { //节点
    unsigned char *last;
    unsigned char *end;

    struct mp_node_s *next;
    
};

struct mp_pool_s {  //内存池的属性
    struct mp_node_s *small;
    struct mp_large_s *large;

    int size;
};

初始化内存池时，内存池会申请一个mp_pool_s结构体大小加2K的内存空间，当用户申请小块空间时，内存池会从2K内存中按照顺序划分合适的内存给它。如果这2K内存不够，会额外再申请2K内存，并将新申请的内存块放到链表首部，然后重新申请的这块内存中顺序分配内存。
如果用户申请的是大块内存，内存池会现在2K内存中申请一个mp_large_s结构体，然后再向系统直接申请内存，并把地址赋值给mp_large_s.alloc。

申请小块内存时一定要内存对齐。
内存对齐指的是元素按照定义顺序依次放到内存中去，但不是紧密排列的，从结构体的首位置，每个元素都以为内存是按照自己的大小划分的，所以元素一定会放到自己大小的整数倍的地址上开始。
内存对齐的原因：
1.方便平台移植。有些硬件平台不能访问全部的内存地址，只能访问特定的，内存不对齐的地址访问不了
2.提高性能。内存对齐后访问元素的速度更快。

三 内存池的工作流程

内存池的工作流程如下：
1.创建内存池；
2.分配内存；
3.判断是否是大块内存，如果是，跳转到第4步，如果不是，跳转到第6步；
4.分配大块内存；
5.返回大块内存首地址。
6.便利现有的内存池，寻找合适的空间分配内存；
7.判断现有内存池是否有可分配的内存池，如果有，转到第8步，否则第9步；
8.返回在现有内存池已分配空间首地址。
9.分配新的内存池；
10.返回在新的内存池已分配空间首地址。