高效内存池的设计方案[c语言]
一、前言概述
本人在转发的博文《内存池的设计和实现》中,详细阐述了系统默认内存分配函数malloc/free的缺点,以及进行内存池设计的原因,在此不再赘述。通过对Nginx内存池以及《内存池的设计和实现》的分析后,现提出一种性能更优(申请/释放内存时间复杂度为O(1))的内存池的设计方案。如有不妥之处,欢迎指正!如有其他的内存池的设计方案,欢迎共同分享和探讨。
二、结构设计
2.1 内存池结构
- // 内存池结构体
- typedef struct
- {
- int unitsize; // 内存单元大小,即unit的大小
- int initnum; // 初始内存单元的数目
- int grownum; // 每次新增内存单元的数目
- int totalnum; // 内存单元总数
- memblock_t *block; // memblock_t链表头
- char *idleunit; // 空闲内存单元链表头
- #if defined(__MEMPOOL_THREAD_SUPPORT__)
- pthread_mutex_t lock; // 多线程加锁 —— 建议使用某种机制,消除多线程竞争加锁!
- #endif /*__MEMPOOL_THREAD_SUPPORT__*/
- }mempool_t;
- // 内存块结构体
- typdef struct
- {
- int unitnum; // 内存块总数
- int idlenum; // 空闲内存块数
- mempool_t *pool; // 宿主:所属mempool_t
- char *lastunit; // 结束块地址(此变量可删除)
- memblock_t *next; // 下一个memblock_t
- }memblock_t;
- // 内存单元信息
- typedefstruct
- {
- memblock_t *block; // 属主:内存单元所属memblock_t
- char *next; // 下一块内存块地址
- }memunit_info_t;
2.2 总体结构
内存池的总体结构图为:
图1 总体结构图
2.3 运行机制
此内存池的运行机制如下:
- 1)将每一个内存单元的大小固定化,可提高内存分配效率。比如:内存单元分别为:{4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56, 60, …}(单位:byte, 大小为4byte的整数倍)。Mempool_t之间是通过数组形式组织的,其大体结构如下:(注:为了明确Mempool_t之间的关系,未标出其他变量之间的关系)
图2 Mempool_t数组
注:为提高效率,通过数组存储Mempool_t,在申请内存空间时,可通过偏移量快速定位使用哪个大小的内存池。
- 2)内存池实际可供分配的内存单元是在Memblock_t中,当所有Memblock_t中的内存单元被使用完后,则需申请开辟一个新的Memblock_t,并加入到Memblock_t链表之中。Memblock_t的组织方式为:(注:为了明确Memblock_t之间的关系,未标出其他变量之间的关系)
图3 Memblock_t链表
- 3)使用链表组织空闲内存单元,可大大提高内存分配/释放时的效率(时间复杂度为O(1))。Mempool_t中的idleunit是空闲内存单元的链表头。空闲内存单元的组织形式如下:(注:为明确空闲内存单元之间的关系,未标明其他变量之间的关系)
图4 空闲内存单元链表
说明:Memblock_t中的用红色数字标记的内存单元代表已被分配内存单元,用绿色数字标记的内存单元代表空闲内存单元。
- 4)当申请内存时,将idleunit指向的内存单元踢出空闲内存单元链表,并idleunit指向内存单元的后继,再返回该内存单元的地址。以图4为例,申请内存块后,空闲内存单元链表如图所示:(注:请对比与图4之间的变化)
图5 内存申请图
注:当申请的内存空间size比所有的内存单元都大时,则通过malloc()向OS申请size+sizeof(memunit_info_t)的内存空间。
- 5)当释放内存单元unitn时,将unitn的后继改为idleunit的指向,同时将idleunit指向要释放的内存单元unitn。以图4为例,释红色数字标记的内存单元3后,空闲内存单元链表如图所示:(注:请对比与图4之间的变化)
图6 内存释放图
- 6)内存单元是通过链表形式进行组织管理的,因此,每个内存单元有额外的空间用来存放组织链表的信息。将图4进一步展开:(注:请结合图4一起看)
图7 内存单元内部结构
说明:
1. 每个内存单元的内部结构:memunit_info_t结构+unitsize大小的空间。每个内存单元的大小为:sizeof(memunit_info_t)+unitsize;
2. idleunit指向的是内存单元的data;空闲内存单元的next指向的是后继内存单元的data,无后继则为NULL;已分配的内存单元的next始终为NULL。
3. 内存单元的block指向宿主Memblock_t,这可快速的确定对当前内存单元属于哪个Memblock_t,再通过Memblock_t中的pool,可快速获知属于哪个Mempool_t。
4. 在分配内存时,返回给用户的是data的地址,而不是内存单元的地址。
- 7)在释放内存单元时,为使被释放内存单元加入空闲内存单元链表,可通过内存单元的block获知所属Memblock_t,再通过pool获知所属Mempool_t,因此,便可知空闲内存单元链表头idleunit,此时便可将被释放的内存单元加入空闲链表。
图8 所属Mempool_t
2.4 优缺点
通过对以上几点的分析,可知此内存池有以下优缺点:
优点:
1. 定位内存池的时间复杂度为O(1)
内存单元可申请使用的空间大小为4的整数倍,并依次递增。因此,定位内存池的算法:(n为内存池数组下标)
- n = (size>>2) - 1;
- if(0 != (size&(4-1))) n++;
2. 申请和释放内存的时间复杂度为O(1)
3. 内存碎片较小
4. 较小的互斥粒度:申请空间时,每次只锁住对应的mempool_t的内存池,依然可以申请其他size的内存池空间(注:如果再加入为每个线程分配一个内存池对象的机制,则可达到零互斥零竞争。这样的话,可不使用互斥机制,同时能够进一步提高性能)
缺点:
1. 内存单元的实际大小要比unitsize大sizeof(memunit_info_t)
2. 空闲内存单元链表中的内存单元是乱序串联的,因此会造成即使空闲内存单元个数超过单个Memblock_t内存单元总数时,可能依然无法释放任何一个Memblock_t。
高效内存池的设计方案[c语言]的更多相关文章
- 极高效内存池实现 (cpu-cache)
视频请看 : http://edu.csdn.net/course/detail/627 1.内存池的目的 提高程序的效率 减少运行时间 避免内存碎片 2.原理 要解决上述两个问题,最好的方法就是 ...
- C语言内存管理(内存池)
C语言可以使用alloc从栈上动态分配内存. 内存碎片 Malloc/free或者new/delete大量使用会造成内存碎片,这种碎片形成的机理如下: 内存碎片一般是由于空闲的内存空间比要连续申请的空 ...
- linux下C语言实现的内存池【转】
转自:http://blog.chinaunix.net/uid-28458801-id-4254501.html 操作系统:ubuntu10.04 前言: 在通信过程中,无法知道将会接收到的 ...
- Netty内存池的整体架构
一.为什么要实现内存管理? Netty 作为底层网络通信框架,网络IO读写必定是非常频繁的操作,考虑到更高效的网络传输性能,堆外内存DirectByteBuffer必然是最合适的选择.堆外内存在 JV ...
- 基于C/S架构的3D对战网络游戏C++框架_05搭建系统开发环境与Boost智能指针、内存池初步了解
本系列博客主要是以对战游戏为背景介绍3D对战网络游戏常用的开发技术以及C++高级编程技巧,有了这些知识,就可以开发出中小型游戏项目或3D工业仿真项目. 笔者将分为以下三个部分向大家介绍(每日更新): ...
- 【uTenux实验】内存池管理(固定内存池和可变内存池)
1.固定内存池管理实验 内存管理是操作系统的一个基础功能.uTenux的内存池管理函数提供了基于软件的内存池管理和内存块分配管理.uTenux的内存池有固定大小的内存池和大小可变的内存池之分,它们被看 ...
- 对象池与.net—从一个内存池实现说起
本来想写篇关于System.Collections.Immutable中提供的ImmutableList里一些实现细节来着,结果一时想不起来源码在哪里--为什么会变成这样呢--第一次有了想写分析的源码 ...
- 定长内存池之BOOST::pool
内存池可有效降低动态申请内存的次数,减少与内核态的交互,提升系统性能,减少内存碎片,增加内存空间使用率,避免内存泄漏的可能性,这么多的优点,没有理由不在系统中使用该技术. 内存池分类: 1. ...
- Android高效内存:让图片占用尽可能少的内存
Android高效内存:让图片占用尽可能少的内存 一.让你的图片最小化 1.1 大图小图内存使用情况对比 大图:440 * 336 小图:220 * 168 小图的高宽都是大图的1/2--> ...
随机推荐
- visual studio(vs)初始化
cmd 进入到 devenv.exe 所在目录 执行一下命令 devenv.exe /setup /resetuserdata /resetsettings
- java对压缩文件进行加密,winrar和好压 直接输入解密密码来使用
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/net.lingala.zip4j/zip4j --> <dependency> <gro ...
- 【转】HTML meta标签总结与属性使用介绍
HTML meta标签总结与属性使用介绍 转载处写的已经超级好了,强烈推荐. 转自:https://segmentfault.com/a/1190000004279791 本人就不再赘述.拿来主义!供 ...
- pm2 工具来管理 node 服务端
如下: nodeServer.js 'use strict'; const http = require('http'); const server = http.createServer(funct ...
- linux查看磁盘是否SSD盘
命令: cat /sys/block/sda/queue/rotational 注意: 命令中的sba是你的磁盘名称,可以通过df命令查看磁盘,然后修改成你要的 结果: 返回0:SSD盘 返回1:SA ...
- ASP.NET Core Restful Web API 相关资源索引
GraphQL 使用ASP.NET Core开发GraphQL服务器 -- 预备知识(上) 使用ASP.NET Core开发GraphQL服务器 -- 预备知识(下) [视频] 使用ASP.NET C ...
- java 多线程 面试
1.多线程有什么用? (1)发挥多核CPU的优势: 当前,应用服务器至少也都是双核的,4核.8核甚至16核的也都不少见,如果是单线程的程序,那么在双核CPU上就浪费了50%,在4核CPU上就浪费了75 ...
- 存储Flash--NOR flash和 Nand flash
flash是存储芯片的一种,通过特定的程序可以修改里面的数据.FLASH在电子以及半导体领域内往往表示Flash Memory的意思,即平时所说的“闪存”,全名叫Flash EEPROM Memory ...
- (生鲜项目)02. app与model设计
第一步: 设计app 1. 根据业务需求,设计合适的app板块,这里,我们将拥有goods,trade,user_operation, users四个app 2. 然后去注册app 第二步: 设计us ...
- Windows网络命令的相关指令(1)
1.Ipconfig 该命令可以检查网络接口配置.如果用户系统不能到达远程主机,而同一系统的其他主机可以到达,那么用该命令对这种故障进行判断是有必要的.当主机能到达远程主机但不能到达本网主机时,则表示 ...