【内存管理】STL空间配置器

下面主要介绍STL中实现的内存空间配置器．

关键点：

1).考虑到小型区块所可能造成的内存破碎问题，设计了双层级配置器．

当配置区块超过128bytes时，调用第一层级配置器，第一层级配置器直接使用malloc()和free()．

当配置区块小于128bytes时，调用第二层级配置器，采用复杂的memory pool整理方式，降低额外开销．

2).内存池管理方式是每次配置一大块内存，并维护对应之自由链表．

若有相同大小的内存分配，就直接从自由链表中分配内存块．

若内存释放时，则由配置器回收到自由链表中．

第二级配置器会主动将任何小额区块的内存需求量调至8的倍数．

3).自由链表(free-list)节点的结构如下：



利用union的特性，从第一字段观之，obj可被视为一个指针，指向相同形式的另一个obj．

从第二字段观之，obj可被视为一个指针，指向实际区块．

一物二用，不会为了维护链表所必须的指针而造成内存的一种浪费．

具体代码实现，请参考STL源码．下面附几张图说明．

第一级配置器与第二级配置器之间的关系：



第二级配置器分配内存时，自由链表变化示意图：



第二级配置器释放内存时，自由链表变化示意图：



第二级配置器分配内存时，其具体步骤如下：

1).判断内存块大小，是否大于128bytes，若大于，则调用第一级配置器．若小于，进行步骤2).

2).从16个自由链表中，根据内存块大小选择合适的自由链表．

3).判断自由链表是否为空，若为空，则重新真充自由链表，否则，进行步骤4).

4).调整当前自由链表指向一块内存块，并返回当前的内存块．(类似于链表的删除操作)

第二级配置器释放内存时，其具体步骤如下：

1).判断内存块大小，是否大于128bytes，若大于，则调用第一级配置器．若小于，进行步骤2).

2).从16个自由链表中，根据内存块大小选择合适的自由链表．

3).调整当前自由链表回收当前的内存块．(类似于链表的插入操作)

内存池的实际操作结果示意图：



内存池管理：

1).三个变量来标识内存池的使用情况和大小，start_free,end_free,heap_size.

2).从内存池中取空间给自由链表时，主要分三种情况进行．

a).内存池剩余空间完全满足需求量，则直接修改start_free的值，返回对应的区块．

b).内存池剩余空间不能完全满足需求量，但足够供应一个(含)以上的区块，则减少分配的区块数目，然后分配．

c).内存池剩余空间连一个区块的大小都无法提供，则利用malloc增加内存空间．

若malloc成功，则修改start_free,end_free,heap_size，然后递归调用自身，重新分配区块．

若malloc不成功，则寻找自由链表中，看是否存在足够大的区块．

若存在，则将对应区块作为内存池，调整start_free,end_free，递归调用自身，重新分配区块．

若不存，则调用第一级配置器．