高性能內(nèi)存池實現(xiàn)
對于從事c/c++開發(fā)的人來說，malloc/new再也熟悉不過了，對于堆上的內(nèi)存分配，都是使用標準庫提供的函數(shù)來進行內(nèi)存分配，而這些函數(shù)最終也會進入到系統(tǒng)調(diào)用(brk等)，每次的內(nèi)存申請和釋放，都可能會涉及到底層內(nèi)存數(shù)據(jù)的調(diào)整，所以效率會非常低。如果我們一次申請一塊很大的內(nèi)存塊，后續(xù)所有的內(nèi)存申請和分配，都是基于這一塊內(nèi)存來進行，這樣效率就會提升很多，本文主要就是實現(xiàn)一個高效的固定大小的內(nèi)存池。
結構
? ?圖一
實現(xiàn)????
內(nèi)存塊定義：
typedef?struct?memory_block {unsigned int size;unsigned int free_size;unsigned int first_free;struct memory_block *next;char a_data[1];} s_memory_block;
內(nèi)存池Header:
typedef?struct?memory_pool {unsigned int unit_size;unsigned int init_size;unsigned int grow_size;s_memory_block *block;} s_memory_pool;
初始化內(nèi)存池：
//此函數(shù)初始化內(nèi)存池Headers_memory_pool?*memory_pool_create(unsigned?int?size) {s_memory_pool *mp;mp = (s_memory_pool*)malloc(sizeof(s_memory_pool));mp->first_block = NULL;mp->init_size = 10000;mp->grow_size = 10000;if(size < sizeof(unsigned int))mp->obj_size = sizeof(unsigned int);????????//對齊mp->unit_size = (size + (MEMPOOL_ALIGNMENT-1)) & ~(MEMPOOL_ALIGNMENT-1);return mp;}
當初始化之后，內(nèi)存池結構變成：
? ?圖二
從函數(shù)實現(xiàn)內(nèi)容來看，是初始化了內(nèi)存池的頭。
內(nèi)存分配函數(shù)：
1、從mp的first_block開始，如果其為空，則表明該內(nèi)存池為首次創(chuàng)建，需要分配內(nèi)存塊，并在該內(nèi)存塊內(nèi)進行鏈式初始化，返回該塊的第一小塊地址。
2、從first_block開始，查找一個有內(nèi)存可分配的block，如果有，則分配，并將first_free指向該塊的下一個地址。
3、重新建一個block，進行分配，并將該新塊插入到mp的頭部
void?*memory_alloc(s_memory_pool?*mp) {register unsigned int i;register char *data;//unsigned int length;if(mp->first_block == NULL)//memory_pool is NULL{????????????????s_memory_block *mb;mb = (s_memory_block *)malloc((mp->init_size)*(mp->obj_size) + sizeof(s_memory_block));//create first memory_blockif(mb == NULL){perror("memory allocate failed!\n");return NULL;}/* init the first block */mb->next = NULL;mb->free_size = mp->init_size - 1;mb->first_free = 1;mb->size = mp->init_size*mp->obj_size;mp->first_block = mb;data = mb->a_data;/* set the mark */for(i=1; iinit_size; ++i) {???????????????????????//初始化塊，鏈接方式類似于鏈表}return (void *)mb->a_data;????????}?//如圖三s_memory_block *pm_block = mp->first_block;while((pm_block!=NULL) && (pm_block->free_size==0)){pm_block = pm_block->next;}if(pm_block != NULL){char *pfree = pm_block->a_data + pm_block->first_free * mp->obj_size;????????????????//查找一個可用塊返回????????????????// ......return (void *)pfree;}else{if(mp->grow_size == 0)return NULL;s_memory_block *new_block = (s_memory_block *)malloc((mp->grow_size)*(mp->obj_size) + sizeof(s_memory_block));if(new_block == NULL)return NULL;data = new_block->a_data;for(i=1; igrow_size; ++i) {????????????????????????//鏈式}???????????????//將新塊插入到鏈表頭首部return (void *)(new_block->a_data);}}
釋放函數(shù)：
1、遍歷該內(nèi)存池，查找所要釋放的內(nèi)存塊pfree所在的block
2、將該block的first指向該pfree的偏移
3、該pfree的偏移指向之前block的first
注：2、3處相當于鏈表的插入
inline void* memory_free(s_memory_pool *mp, void *pfree){if(mp->first_block == NULL)return;s_memory_block *pm_block = mp->first_block;s_memory_block *pm_pre_block = mp->first_block;/* research the memory_block which the pfree in */while(pm_block && ((unsigned int)pfree<(unsigned int)pm_block->a_data ||(unsigned int)pfree>((unsigned int)pm_block->a_data+pm_block->size))){//pm_pre_block = pm_block;pm_block = pm_block->next;if(pm_block == NULL)return NULL;}??//獲取偏移地址unsigned int offset = pfree -(void*) pm_block->a_data;if((offset&(mp->obj_size -1)) > 0)return pfree;??//將釋放的內(nèi)存塊返回給內(nèi)存池對應的Block塊pm_block->free_size++;*((unsigned int *)pfree) = pm_block->first_free;pm_block->first_free=(unsigned int)(offset/mp->obj_size);??return?NULL;}
圖三
當內(nèi)存池為空的時候，也就是首次調(diào)用memory_alloc函數(shù)時候，會創(chuàng)建一個新的Block，并對這個Block進行初始化，然后返回首塊地址?。
當?shù)诙握{(diào)用memory_alloc之后，如圖四所示。
當?shù)谌握{(diào)用memory_alloc之后，如圖五所示。? ?????????????????????????????????????????
圖四
圖五
圖六
當釋放第二次分配的內(nèi)存之后，整個內(nèi)存塊鏈表如圖六所示。
圖八
當現(xiàn)在所有的Block里面都沒有可用內(nèi)存之后，就重新申請一塊Block，并插入到Header的頭部，如圖八所示。
內(nèi)存池數(shù)據(jù)結果：
與庫函數(shù)malloc相比，性能提升了大概25%左右
注：本文旨在于提供一種設計思路，在本文實現(xiàn)的內(nèi)存池，僅僅支持單線程，固定大小的，讀者可以針對該思路，進行改進