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基础组件之内存池

news 2025/9/7 17:08:44

内存池技术

操作系统在运行进程的过程中，会产生内存碎片，降低了内存的使用率。内存池技术就是为了解决/减少内存碎片的一种方法，内部底层的具体实现根据不同业务场景使用不要的方式，以下是一种好理解的方式，供大家一起学习。

内存碎片

产生的原因&过程

内存碎片分为内部内存碎片和外部内存碎片。我们一般说的内存碎片指的是外部内存碎片。外部内存碎片指的是操作系统连续malloc出来的内存中间有free部分，而这些free出来的部分暂时无法重新被使用。

Linux下运行一个进程的内存分配的过程

在这里插入图片描述
进程运行时，操作系统先将代码和全局数据、静态数据加载到代码段和数据段中；然后开始读取代码一步步执行，遇到局部变量操作系统会在栈中开辟对应的内存空间，遇到malloc申请的内存会在堆中开辟相应大小的空间。

解决方法——内存池技术

链表化

将堆的内存空间分成多段大小相同的内存块，存放在链表结构中:

struct MemNode{void *m_ptr;bool flag;MemNode *next;
}//内存分配的时候
MemNode node= new MemNode;
node.m_ptr = malloc(1024);
node.flag = true;  // 表示该结点被占用
add_node(head, node); //内存释放的时候
node = search(head, ptr);  // 找到释放的node，将标志位置成false
node.flag = false;  // 标志位为false的空间可以被使用

在这里插入图片描述
1、实现原理：将malloc出来的Node放在链表中，并将标志位置成true，释放的时候只需要将标志位置成false。下次再有malloc的时候，会遍历链表找到第一块内存大于需要分配的内存块且标志位为false的node直接使用。
2、解决的问题：
（1）一定程度上减少了操作系统反复malloc/free开辟释放空间；
（2）避免了内存碎片的产生；
3、缺点：
（1）内存没有高效利用；
（2）每次查找需要O(n)的时间复杂度；

2^n分配法 + 红黑树

struct MemNode{void *m_ptr;bool flag;rbTree_node<MemNode> treeNode;MemNode *next;
}struct HeadTable{MemNode *list;int size;
}struct MemTable{HeadTable[6];rbTree<MemNode> tree;
}

在这里插入图片描述
1、实现原理：将malloc出来的Node放在链表中，并将标志位置成true，释放的时候只需要将标志位置成false。下次再有malloc的时候，会遍历链表找到第一块内存大于需要分配的内存块且标志位为false的node直接使用。
2、解决的问题：
（1）一定程度上提高了内存利用率；
（2）红黑树的查找效率为O(logn)；也可以使用hash、b树、b+树、skip-table
3、缺点：
（1）极端场景：分配的内存集中在某一个范围，假设一直分配512的大小，那么小的内存都将没有利用到。所有这种场景许哟啊根据实际情况进行2^n的分配和制定。