内存池的作用:
直接使用系统调用malloc会有如下弊端:
- 频繁分配内存时会产生大量内存碎片
- 频繁分配内存增加系统调用开销
- 容易造成内存泄漏
内存池是预先申请一定数量的,大小相等的内存块作为预备使用;当需要时向内存池分出一部分内存,若内存块不够使用时再向系统申请新的内存块,下面就swoole的swMemoryGlobal内存池作为分析例子
swoole swMemoryPool 数据结构设计
swMemoryGlobal是swoole内存池实现一种方式,学习内存池主要是要掌握其数据结构的设计,memoryGlobal实现如下:
// src/memory/MemoryGlobal.ctypedef struct _swMemoryPool{ void *object; // 指向swMemoryGlobal指针 void* (*alloc)(struct _swMemoryPool *pool, uint32_t size); // 分配内存函数指针 void (*free)(struct _swMemoryPool *pool, void *ptr); // 是否内存函数指针 void (*destroy)(struct _swMemoryPool *pool); // 销毁内存函数指针} swMemoryPool;typedef struct _swMemoryGlobal{ uint8_t shared; uint32_t pagesize; // 指定每个swMemoryGlobal_page需要申请内存大小 swLock lock; // 互斥锁 swMemoryGlobal_page *root_page; // 指向第一个swMemoryGlobal_page指针,有头指针可以销毁内存池 swMemoryGlobal_page *current_page; // 指向当前swMemoryGlobal_page指针 uint32_t current_offset;} swMemoryGlobal;typedef struct _swMemoryGlobal_page{ struct _swMemoryGlobal_page *next; // 指向下一个节点 char memory[0]; // 这是一个柔性数组,用于记录申请内存后的内存地址} swMemoryGlobal_page;
这三者之间的关系如下:
swMemoryPool
swMemoryPool可以看做是一个类,它提过了alloc,free,destory方法,以及object属性,object实际上是指向swMemoryGlobal的指针,而alloc,free,destory
则是对object操作,即通过alloc,free,destory操作swMemoryGlobal上的内容,例如:// src/core/base.c//init global shared memorySwooleG.memory_pool = swMemoryGlobal_new(SW_GLOBAL_MEMORY_PAGESIZE, 1);SwooleGS = SwooleG.memory_pool->alloc(SwooleG.memory_pool, sizeof(SwooleGS_t));
以上代码是分配sizeof(SwooleGS_t)大小内存
swMemoryGlobal
swMemoryGlobal维护着一个链表,每个节点即swMemoryGlobal_page,root_page指向第一个节点,current_page指向当前节点,pagesize指为一个节点申请
内存大小,current_offset则表示一个节点已被使用内存swMemoryGlobal_page
swoole根据swMemoryGlobal.pagesize申请指定大小的内存,如下:
// src/memory/MemoryGlobal.cswMemoryGlobal_page *page = swMemoryGlobal_new_page(&gm);
上面说过swMemoryGlobal_page是一个链表节点,这里需要说明的是第一个节点,第一个节点的current_offset为sizeof(swMemoryGlobal) + sizeof(swMemoryPool);
而并非为0;如下代码,当为第一个swMemoryGlobal_page申请内存后,立马就为swMemoryPool和swMemoryGlobal分配内存// src/memory/MemoryGlobal.cgm.pagesize = pagesize;// 系统申请一个pagesize大小内存swMemoryGlobal_page *page = swMemoryGlobal_new_page(&gm);if (page == NULL){ return NULL;}if (swMutex_create(&gm.lock, shared) < 0){ return NULL;} gm.root_page = page;// page->memory为空闲内存gm_ptr = (swMemoryGlobal *) page->memory;gm.current_offset += sizeof(swMemoryGlobal);// swMemoryPool指向空闲内存偏移地址,占用sizeof(swMemoryPool)内存swMemoryPool *allocator = (swMemoryPool *) (page->memory + gm.current_offset);gm.current_offset += sizeof(swMemoryPool);allocator->object = gm_ptr;allocator->alloc = swMemoryGlobal_alloc;allocator->destroy = swMemoryGlobal_destroy;allocator->free = swMemoryGlobal_free;// 将gm写入到gm_ptr,即空闲内存前sizeof(gm)用于swMemoryGlobalmemcpy(gm_ptr, &gm, sizeof(gm));
分配内存
分配内存由swMemoryGlobal_alloc方法执行;该方法为swMemoryPool一个函数指针,如下
allocator->alloc = swMemoryGlobal_alloc; // 分配方法
// src/core/base.c//init global shared memorySwooleG.memory_pool = swMemoryGlobal_new(SW_GLOBAL_MEMORY_PAGESIZE, 1);SwooleGS = SwooleG.memory_pool->alloc(SwooleG.memory_pool, sizeof(SwooleGS_t));// src/memory/MemoryGlobal.cstatic void *swMemoryGlobal_alloc(swMemoryPool *pool, uint32_t size){ swMemoryGlobal *gm = pool->object; gm->lock.lock(&gm->lock); if (size > gm->pagesize - sizeof(swMemoryGlobal_page)) // sizeof(swMemoryGlobal_page)为swMemoryGlobal_page类型的指针大小 { swWarn("failed to alloc %d bytes, exceed the maximum size[%d].", size, gm->pagesize - (int) sizeof(swMemoryGlobal_page)); gm->lock.unlock(&gm->lock); return NULL; } // 如果一个节点不够分配内存,则重新申请一个新节点,并设置当前节点current_page为新节点 if (gm->current_offset + size > gm->pagesize - sizeof(swMemoryGlobal_page)) { swMemoryGlobal_page *page = swMemoryGlobal_new_page(gm); if (page == NULL) { swWarn("swMemoryGlobal_alloc alloc memory error."); gm->lock.unlock(&gm->lock); return NULL; } gm->current_page = page; } void *mem = gm->current_page->memory + gm->current_offset; gm->current_offset += size; gm->lock.unlock(&gm->lock); // 结果返回空闲内存的偏移地址 return mem;}
柔性数组
柔性数组(0长度数组)作用: 为了满足需要变长度的结构体(结构体是可变长的)
- 数组名不占用空间,分配的内存是连续的
- 不会像定长数组一样浪费空间
- 不会像指针一样需要分别分配内存,分别释放内存
定长数组使用方便, 但是却浪费空间, 指针形式只多使用了一个指针的空间, 不会造成
原文地址: