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内存池的简单实现c语言-创新互联

内存池

内存池是为了解决大量malloc，free，导致的某些内存碎片。统一管理起来，比较方便。
基本思想是，根据要分配的内存，分为大块内存和小块内存。

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  1. 大块内存直接用链表管理。
  2. 小块内存，我这里设置为4k大小，内部再用一个一个小节点链表。
    大概的数据结构如下：
    在这里插入图片描述
1.核心的数据结构

  1. 小片内存（4k以内）节点，第一个成员last， 是当前节点的首地址，end是指该4k内存的最后一段地址。

    struct  mp_node_s{unsigned char *last; //当前节点的位置
    unsigned char *end; //当前分配的内存（小于等于4k）最后一位
    struct mp_node_s *next;//指向下一个节点
    size_t failed=0;//失败次数
};

  2. 大片内存：

    struct mp_large_s{struct mp_large_s *next;//下个节点
    void *alloc;//分配的内存

};

  3. 池节点：其其核心思想就是将分配的内存组织起来

    struct mp_pool_s {struct mp_large_s *large;
    struct mp_node_s *head;
    struct mp_node_s *current; //指向当前的节点

    int max;
};
2. 流程

  1. 创建池，先创建出一个32位对齐的内存块，这个内存块是size大小，再加上mp_pool_s这个结构体的本身大小.
    在这里插入图片描述

    #define MP_ALIGNMENT       		32
#define MP_PAGE_SIZE			4096
#define MP_MAX_ALLOC_FROM_POOL	(MP_PAGE_SIZE-1)

struct mp_pool_s *mp_create_pool(size_t size) {struct mp_pool_s *p;
	int ret = posix_memalign((void **)&p, MP_ALIGNMENT, size + sizeof(struct mp_pool_s) + sizeof(struct mp_node_s));
	if (ret) {return NULL;
	}
	
	p->max = (size< MP_MAX_ALLOC_FROM_POOL) ? size : MP_MAX_ALLOC_FROM_POOL;//小与4k，就用原本的大小，大于4k,那么限制为4k-1
	p->current = p->head; //将当前结点指向池的头部
	p->large = NULL;

	p->head->last = (unsigned char *)p + sizeof(struct mp_pool_s) + sizeof(struct mp_node_s); //当前头部
	p->head->end = p->head->last + size;

	p->head->failed = 0;

	return p;

}

  2. 分配内存函数，分为，①分配大块内存; ②分配小内存节点时，考虑两种情况，小内存块还够用，小内存块不够用了，得分配新的小内存块。

    void *mp_alloc(struct mp_pool_s *pool, size_t size) {unsigned char *m;
	struct mp_node_s *p;
//小于等于小内存块大小的
	if (size<= pool->max) {//就在当前节点后分配内存
		p = pool->current;
//遍历当前节点后的节点，查找有没有适合大小的内存块
		do {	
			m = mp_align_ptr(p->last, MP_ALIGNMENT);
	//分配范围，依然还在内存块范围的，就不新分配新块了，就地分配
			if ((size_t)(p->end - m) >= size) {		p->last = m + size;
				return m;
			}
			p = p->next;
		} while (p);
//没有合适大小的内存块，直接创建一块新小内存块
		return mp_alloc_block(pool, size);
	}
//分配大块内存
	return mp_alloc_large(pool, size);
	
}

  3. 新建一个≤4k的小内存块

在这里插入图片描述

#define mp_align(n, alignment) (((n)+(alignment-1)) & ~(alignment-1))
#define mp_align_ptr(p, alignment) (void *)((((size_t)p)+(alignment-1)) & ~(alignment-1))

static void *mp_alloc_block(struct mp_pool_s *pool, size_t size) {

	unsigned char *m;//
	struct mp_node_s *h = pool->head; //头部的小内存节点
	size_t psize = (size_t)(h->end - (unsigned char *)h); //获取小内存块大小
	//为m分配出一个内存
	int ret = posix_memalign((void **)&m, MP_ALIGNMENT, psize); //先分配出一个“页”（<=4k）
	if (ret) return NULL;

	struct mp_node_s *p, *new_node, *current; 
	new_node = (struct mp_node_s*)m; //

	new_node->end = m + psize;
	new_node->next = NULL;
	new_node->failed = 0;
//在分配好的小内存块中，分配一块节点内存size
	m += sizeof(struct mp_node_s);
	m = mp_align_ptr(m, MP_ALIGNMENT);
	new_node->last = m + size; //last指向节点内存的末尾

	current = pool->current;
//遍历当前节点后的节点，如果有失败大于4次的节点，就把池的当前节点指向失败大于4次的节点
//4是一个经验值
	for (p = current; p->next; p = p->next) {
		if (p->failed++ >4) {
			current = p->next;
		}
	}
	p->next = new_node; //将最后一个结点的next指向新分配的内存块

	pool->current = current ? current : new_node; 

	return m;

}
```

  1. 创建大块内存，非常好理解，一个单链表，没什么好说的

    static void *mp_alloc_large(struct mp_pool_s *pool, size_t size) {void *p = malloc(size); //直接分配内存
	if (p == NULL) return NULL;

	size_t n = 0;
	struct mp_large_s *large;
	for (large = pool->large; large; large = large->next) {if (large->alloc == NULL) {	large->alloc = p;
			return p;
		}
		if (n ++ >3) break;
	}
//large结构体本身也是存在小内存块里的
	large = mp_alloc(pool, sizeof(struct mp_large_s));
	if (large == NULL) {free(p);
		return NULL;
	}

	large->alloc = p;
	large->next = pool->large;
	pool->large = large;

	return p;
}

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