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MemoryPool

为什么要用内存池

为什么要用内存池?首先,在7 * 24h的服务器中如果不使用内存池,而使用malloc和free,那么就非常容易产生内存碎片,早晚都会申请内存失败;并且在比较复杂的代码或者继承的屎山中,非常容易出现内存泄漏导致mmo的问题。

为了解决这两个问题,内存池就应运而生了。内存池预先分配一大块内存来做一个内存池,业务中的内存分配和释放都由这个内存池来管理,内存池内的内存不足时其内部会自己申请。所以内存碎片的问题就交由内存池的算法来优化,而内存泄漏的问题只需要遵守内存池提供的api,就非常容易避免内存泄漏了。

即使出现了内存泄漏,排查的思路也很清晰。1.检查是不是内存池的问题;2.如果不是内存池的问题,就检查是不是第三方库的内存泄漏。

内存池的使用场景

全局内存池

一个连接一个内存池(本文实现这个场景的内存池)

总体介绍

由于本文是一个连接一个内存池,所以后续介绍和代码都是以4k为分界线,大于4k的我们认为是大块内存;小于4k的我们认为是小块内存。并且注意这里的4k,并不是严格遵照4096,而是在描述上,用4k比较好描述。

在真正使用内存之前,内存池提前分配一定数量且大小相等的内存块以作备用,当真正被用户调用api分配内存的时候,直接从内存块中获取内存(指小块内存),当内存块不够用了,再有内存池取申请新的内存块。而如果是需要大块内存,则内存池直接申请大块内存再返回给用户。

内存池:就是将这些提前申请的内存块组织管理起来的数据结构,内存池实现原理主要分为分配,回收,扩容三部分。

内存池原理之小块内存:分配=> 内存池预申请一块4k的内存块,这里称为block,即block=4k内存块。当用户向内存池申请内存size小于4k时,内存池从block的空间中划分出去size空间,当再有新申请时,再划分出去。扩容=> 直到block中的剩余空间不足以分配size大小,那么此时内存池会再次申请一块block,再从新的block中划分size空间给用户。回收=> 每一次申请小内存,都会在对应的block中引用计数加1,每一次释放小内存时,都会在block中引用计数减1,只有当引用计数为零的时候,才会回收block使他重新成为空闲空间,以便重复利用空间。这样,内存池避免频繁向内核申请/释放内存,从而提高系统性能。

内存池原理之大块内存:分配=> 因为大块内存是大于4k的,所以内存池不预先申请内存,也就是用户申请的时候,内存池再申请内存,然后返回给用户。扩容=> 大块内存不存在扩容。回收=> 对于大块内存来说,回收就直接free掉即可。

上面理论讲完了,下面来介绍如何管理小块内存和大块内存。

向外提供的api

mp_create_pool:创建一个线程池,其核心是创建struct mp_pool_s这个结构体,并申请4k内存,将各个指针指向上文初始状态的图一样。

mp_destroy_pool:销毁内存池,遍历小块结构体和大块结构体,进行free释放内存

mp_malloc:提供给用户申请内存的api

mp_calloc:通过mp_malloc申请内存后置零,相当于calloc

mp_free:释放由mp_malloc返回的内存

mp_reset_pool:将block的last置为初始状态,销毁所有大块内存

monitor_mp_poll:监控内存池状态

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