C语言内存池使用模型


在用C语言开发时，特别是在服务器端，内存的使用会成为系统性能的一个瓶颈，如频繁的分配和释放内存，会不断的增加系统的内存碎片，影响内核之后分配内存的效率，这个时候一个比较可行的做法是采用内存池，先分配好比较多的内存，然后在这个已经分配的内存里使用内存，这样就不需要内核过多的参与内存分配和释放的过程。

内存池根据应用不同有多种实现的策略，如有些分配很大的内存，然后将内存分配成大小相等的块，并将每个块链接起来进行管理。

下面对模型介绍的时候，为了简单，不加入用于调试的编写技巧和为之准备的结构，其实主要是省去间接调用，有时为了调试，会将文件及所在行以及主要的变量状态输出。

一，内存池访问接口

创建大小为size的新的内存池。

  1. pool_t _pool_new_heap(int size);  
从指定内存池中分配大小为size的内存空间， 这些空间会在内存池释放时，被自动的释放。
  1. void *pool_malloc(pool_t, int size);   
内存池的大小，返回内存池中所有内存块的大小总和
  1. int pool_size(pool_t p);  
释放内存池，这会导致所有内存被释放，同时内存池本身也被释放
  1. void pool_free(pool_t p);  
还有其它的一些接口，但这些是主要的接口。

二，数据结构

  1. struct pheap  
  2. {  
  3.     void *block;  
  4.     int size, used;  
  5. };  
该结构表示内存池中一个内存块的抽象表示，

  1. block 用于指向由malloc所分配的内存地址。
  2. size   表示block所指向地址的内存大小。
  3. used 表示多少处于已经使用的状态。在分配内存时，这个域很重要，它表示内存块可以被分配的偏移值，也就是从used开始的内存都是可以被从内存池中分配出去的。
  1. struct pfree  
  2. {  
  3.     pool_cleanup_t f;  
  4.     void *arg;  
  5.     struct pheap *heap;  
  6.     struct pfree *next;  
  7. };  
  8. typedef void (*pool_cleanup_t)(void *arg);  
这个结构用于实现一个链表，将所有的内存块链接起来。每一个内存块，对映一个这个结构，也就是每个struct pheap结构，都有一个struct pfree结构将其封装起来，这个结构主要实现下面几个功能：

  1. 实现内存块的链表，用struct pfree *next连接起来，这是一个单链表。
  2. 内存块释放的回调。注册在释放内存时，如果释放这个内存块，主要是通过pool_cleanup_t f和void *arg两个域来完成这个功能。
  3. pheap域用于指向需要被放入链表的内存块，就是前面的结构。
  1. typedef struct pool_struct  
  2. {  
  3.     int size;  
  4.     struct pfree *cleanup;  
  5.     struct pfree *cleanup_tail;  
  6.     struct pheap *heap;  
  7. } _pool, *pool_t;  

结构中的域代表如下：

heap：指向内存池中最新申请的内存块，在每次申请内存块时，都会将其指向新的内存块。

cleanup和cleanup_tail：指向链表的头和尾的指针。

size：表示内存池中内存的大小，包括所有的内存块。

这个结构的主要功能如下：

  1. 管理内存块。通过cleanup和clean_tail两个指针，因为内存块在内存池中是以单链表的形式组织的，这两个指针分别指向链表的头和尾指针。
  2. 内存池中可用的内存大小。通过size域来统计完成。
  3. 获取最新的内存块指针。通过heap指针在每次分配内存块时重新赋值来实现。
这个内存池的实现，主要是依靠上面三个数据结构来完成，其实估计已经知道的差不多了。下面再讨论一些基本的
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