内存池学习(一）
一、内存池
1、内存池所使用的内存是什么内存？
指的是虚拟内存（堆空间），而不是物理内存
2、为什么会有内存池？
一个系统或者程序长期运行，突然会coredump掉，并且程序又频繁地分配和释放内存，那么大概率就是内存碎片导致coredump。
3、什么是内存碎片？
内存动态分配和释放过程中产生的不连续空闲区域，其本质是未被高效利用的存储空间。
- 外部碎片：空闲区域的总大小足够，但因为过小或者太过离散，导致没有一个单独的连续空闲区域能够满足当前分配请求。
- 内部碎片：空闲区域的总大小大于当前分配请求的大小，但是分配的区域比实际需要的要大。比如：系统一页为4K，进程申请3K，剩余1K就未充分利用，称为内部碎片。
3、内存池的优点
- 减少内存碎片
- 提高内存分配效率，因为不需要每次都调用系统函数进行内存申请和释放。
- 减少内存泄漏的可能性
二、具体实现
1、定长
1、以一页为4KB为例。
每个内存块大小为x，那么一页就有y个内存块。
y = 4096 / x;
typedef struct mempool_s {int block_size; //每个内存块的大小int free_count; //空闲内存块的数量char* mem_ptr; //指向内存池的起始地址char* free_list; //指向空闲内存块的链表头
}mempool;
2、初始化内存池
实质：还是使用malloc分配内存，不过是以一页4KB分配，当不需要时，再以页为单位进行删除，减少频繁申请/释放的操作
int init_mempool(int block_size, mempool* mp)
{if (!mp) return -1;mp->block_size = block_size;;mp->free_count = MEM_PAGE_SIZE / block_size;mp->mem_ptr = (char*)malloc(MEM_PAGE_SIZE);if (!mp->mem_ptr) return -2;memset(mp->mem_ptr, 0, MEM_PAGE_SIZE);mp->free_list = mp->mem_ptr;//初始化空闲内存块链表int i;char* p = mp->mem_ptr;for (i = 0; i < mp->free_count; i++) {*(char**)(p) = p + block_size; //节约空间，使用二级指针来存储下一个块的首地址。p += block_size;}*(char**)(p) = NULL;return 0;
}
3、内存池分配内存
void* mempool_alloc(mempool* mp)
{if (!mp || mp->free_count == 0) return NULL;void* p = mp->free_list;if (p) {mp->free_list = *(char**)(p);mp->free_count--;}return p;
}
4、结果
使用二级指针来存储下一个块的首地址。
三、总结：
- 在确保代码逻辑正确的前提下，使用内存池能显著降低程序长期运行时出现coredump的概率。
- 内存池的工作原理是预先申请一大块内存，然后重复利用该内存资源，避免了频繁申请和释放内存带来的开销。
- 内存池的分配策略主要分为定长分配和不定长分配两种类型。
四、拓展
可以使用内存管理组件，jemalloc，tcmalloc等。好处就是易上手，缺点就是不一定适用于所有场景。
| 指标 | jemalloc | tcmalloc |
|---|---|---|
| 线程缓存 | 线程私有tcache，减少锁竞争 | 线程本地缓存 |
| 小对象分配 | 弱 | 强 |
| 大对象分配 | 强 | 弱 |
| 适用场景 | 高并发，多线程应用,高度内存利用率高的场景 | 小块内存分配频繁 |
五、问题
1、有没有内存池有什么区别？
内存池的使用差异主要体现在程序运行周期上。对于偶尔运行的程序，内存池的作用不大；但对于需要长期稳定运行的服务器应用（7×24小时不间断运行），内存池则能显著提升性能和管理效率。如果程序只运行一两次，那么有没有内存池都行，但是如果程序长期运行，比如服务器，需要长期7*24小时运行，那么有没有内存池的区别就很大了。
代码：
Code
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