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引言
c/c++下記憶體管理是讓幾乎每乙個程式設計師頭疼的問題，分配足夠的記憶體、追蹤記憶體的分配、在不需要的時候釋放記憶體——這個任務相當複雜。而直接使用系統呼叫malloc/free、new/delete進行記憶體分配和釋放，有以下弊端：
呼叫malloc/new,系統需要根據「最先匹配」、「最優匹配」或其他演算法在記憶體空閒塊表中查詢一塊空閒記憶體，呼叫free/delete,系統可能需要合併空閒記憶體塊，這些會產生額外開銷
頻繁使用時會產生大量記憶體碎片，從而降低程式執行效率
容易造成記憶體洩漏
記憶體池（memory pool)是代替直接呼叫malloc/free、new/delete進行記憶體管理的常用方法，當我們申請記憶體空間時，首先到我們的記憶體池中查詢合適的記憶體塊，而不是直接向作業系統申請，優勢在於：
比malloc/free進行記憶體申請/釋放的方式快
不會產生或很少產生堆碎片
可避免記憶體洩漏
記憶體池設計
看到記憶體池好處這麼多，是不是恨不能馬上拋棄malloc/free，投奔記憶體池的懷抱呢？且慢，在我們自己動手實現記憶體池之前還需要明確以下幾個問題：
記憶體池的空間如何獲得？是程式啟動時分配一大塊空間還是程式執行中按需求分配？
記憶體池對到來的記憶體申請，有沒有大小的限制？如果有，最小可申請的記憶體塊為多大，最大的呢？
如何合理設計記憶體塊結構，方便我們進行記憶體的申請、追蹤和釋放呢？
記憶體池占用越多空間，相對應其他程式能使用的記憶體就越少，是否要設定記憶體池空間的上限？設定為多少合適呢？
帶著以上問題，我們來看以下一種記憶體池設計方案。
記憶體池實現方案一
首先給出該方案的整體架構，如下：
圖1.記憶體池架構圖
結構中主要包含block、list 和pool這三個結構體，block結構包含指向實際記憶體空間的指標，前向和後向指標讓block能夠組成雙向鍊錶；list結構中free指標指向空閒 記憶體塊組成的鍊錶，used指標指向程式使用中的記憶體塊組成的鍊錶，size值為記憶體塊的大小，list之間組成單向鍊錶；pool結構記錄list鍊錶的頭和尾。
記憶體跟蹤策略
該方案中，在進行記憶體分配時，將多申請12個位元組，即實際申請的記憶體大小為所需記憶體大小+12。在多申請的12個位元組中，分別存放對應的list指標（4位元組）、used指標（4位元組）和校驗碼（4位元組）。通過這樣設定，我們很容易得到該塊記憶體所在的list和block，校驗碼起到粗略檢查是否出錯的作用。該結構圖示如下：
圖2.記憶體塊申請示意圖
圖中箭頭指示的位置為記憶體塊真正開始的位置。
記憶體申請和釋放策略
申請：根據所申請記憶體的大小，遍歷list鍊錶，檢視是否存在相匹配的size；
存在匹配size：檢視free時候為null
free為null：使用malloc/new申請記憶體，並將其置於used所指鍊錶的尾部
free不為null：將free所指鍊錶的頭結點移除，放置於used所指鍊錶的尾部
不存在匹配size：新建list，使用malloc/new申請記憶體，並將其置於該list的used所指鍊錶尾部
返回記憶體空間指標
釋放：根據記憶體跟蹤策略，獲取list指標和used指標，將其從used指標所指的鍊錶中刪除，放置於free指標所指向的鍊錶
對方案一的分析
對照「記憶體池設計」一節中提出的問題，我們的方案一有以下特點：
程式啟動後記憶體池並沒有記憶體塊，到程式真正進行記憶體申請和釋放的時候才接管記憶體塊管理；
該記憶體池對到來的申請，對申請大小並不做限制，其為每個size值建立鍊錶進行記憶體管理；
該方案沒有提供限定記憶體池大小的功能
結合分析，可以得出該方案應用場景如下：程式所申請的記憶體塊大小比較固定（比如只申請/釋放1024bytes或2048bytes的記憶體），申請和釋放的頻率基本保持一致（因申請多而釋放少會占用過多記憶體，最終導致系統崩潰）。
reference: 《記憶體池設計研究與應用》by freeeyes
分類:
記憶體池標籤:
記憶體池
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