Linux(服務器編程):36---C/C++內存池設計（仿Nginx內存池設計）

一、內存池概述

• 服務器會頻繁地對內存進行申請和釋放，頻繁地操作將帶來如下的缺點：
  • 服務器性能降低，因爲需要頻繁地申請和釋放內存
  • 內存碎片化多
  • 等等......
• 市場上開源的比較好用的內存池有：
  • tcmalloc：MySQL使用的
  • jemalloc：Tomcat使用的
  • Nginx也有一套自己的內存池（本文就是仿照Nginx的內存池設計的）

二、內存池設計

• 因爲內存頁的大小爲4K，因此在設計內存池的時候，我們將認爲：
  • <4k的內存：稱爲小內存塊
  • >4K的內存：稱爲大內存快

struct mp_large_s（大內存塊結構）

• 當我們申請的內存大於4K時，就會申請一個大的內存塊，這個結構體就是大內存結構
• 該結構不是真正存儲內存的，真正的內存是由其alloc成員所指向的
• 如上結構圖所示（藍色部分）：
  • alloc：指向真正的大內存塊地址
  • next：指向下一個struct mp_large_s結構的指針

//大內存塊節點
struct mp_large_s {
    void *alloc;             //指向該大內存快的實際存儲區域
    struct mp_large_s *next; //指向下一塊大內存快
};

struct mp_node_s（大內存塊結構）

• 當我們申請的內存小於4K時，就會申請一個小的內存塊，這個結構體就是小內存結構
• 與struct mp_large_s結構一樣，該結構不是真正存儲內存的，真正的內存是在結構後面的data區域存儲的
• 如上結構圖所示（藍色部分）：
  • last：指向後面data區域中可用內存的起始地址
  • end：指向後面data區域最後的指針
  • next：指向下一個struct mp_node_s結構的指針
  • failed：表示當前內存塊是否停止使用

//小內存塊節點
struct mp_node_s {
    unsigned char *last;     //後面數據存儲區域中可用區域的起點
    unsigned char *end;      //後面數據存儲區域的終點
    
    struct mp_node_s *next;  //指向下一塊小內存塊
    
    int failed;              //該內存塊是否不再使用
};

struct mp_pool_s（內存池）

• 該結構是內存池的真正結構，我們操作內存池時就是操作這個結構
• 如上結構圖所示（藍色部分）：
  • max：區別大內存塊與小內存塊的界值，上面我們提到過了，我們本案例以4K爲例
  • current：指向小內存塊鏈表的起點
  • large：指向大內存塊鏈表的起點
  • head[0]：柔性數組，struct mp_node_s head[0]相當於struct mp_node_s *head。用來指向於current鏈表中的第一個struct mp_node_s節點，通過這個成員可以方便的操作current鏈表

//內存池,管理者所有的內存塊
struct mp_pool_s {
    //區別大內存塊與小內存塊的界值: <max的用struct mp_node_s表示, >max的用struct mp_large_s表示
    int max;

    struct mp_node_s  *current; //管理小內存塊的鏈表起點
    struct mp_large_s *large;   //管理大內存快的鏈表起點

    //柔型數組: head[0]指向current鏈表第1個節點, head[1]指向current鏈表第2個節點...以此類推
    //用這個數組來操作每個mp_node_s節點相關指標(比如更改last等),不需要再去遍歷
    struct mp_node_s head[0];
};

三、內存池接口設計

• 下面是內存池的相關接口

四、代碼實現

• Github地址：https://github.com/dongyusheng/MemoryPool

五、運行效果

• 該代碼正在修正，最近幾天完成