内存池中如何保存内存块大小信息

本文主要是介绍内存池中如何保存内存块大小信息，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

网络设备因为需要快速的处理数据包，所以与Linux内核不同，网络设备中数据包和session的内存一般都是预先分配的。由于业务的不同，需要内存的大小可能只是固定的几个值。因此也就有几个固定内存大小的内存池。

使用内存池的好处：

1. 可以避免频繁分配和释放内存，提高效率；

2. 可以避免内存碎片；

下面讨论一下内存池的实现：为了保证接口与malloc/free的一致性，对上层应用透明：

那么以malloc调用为例，ptr = malloc(size)，调用者传入一个size。内存模块需要根据size的大小选择合适的内存池来分配内存。释放内存的时候，调用为free(ptr)。这时需要将内存重新放入对应的内存池。但是释放的时候，调用者并不将size大小传给内存模块，这就需要内存模块自己保存该内存的大小。

1）最直接的方法：在分配的内存块加上head或者tail块。

内存在内存池的组织如下：

首部用于保存内存块的大小以及保护信息，控制信息等。尾部可有可无，一般用于作为两块内存之间的保护区域。将其填充为一些特殊的值，用于检测内存错误，如越界溢出等。返回给应用的地址为黄色区域的起始地址。在释放的时候，由于首部的大小是固定的，可以从参数指针得到首部地址，从而得到内存模块所需要的一切信息。

这样的实现比较简单，但是却有缺点：应用申请内存时，传入的内存大小可能是应用精心设计好的。比如应用为了提高cache的命中率，申请内存时特意将size与cache line对齐。但是这种内存池的实现，却破坏了应用的初衷。

如何解决这个问题呢？可以把首部对齐至cache line。但是这样无疑是对内存的极大的浪费！比如cache line为64 bytes，首部就要占到64 bytes。这样的解决方法无疑是不可以接受的。

2）利用内存地址判断

这是一个简单的示意图。所有同大小的内存都是位于连续的内存中，构成一个大块内存。然后后面跟随另外大小的内存块，依次类推。当然不同大小的内存块可以不连续。

这样的实现，在释放内存的时候，可以通过传入的内存地址确定其所属的内存池。因为该大小的内存池的起始和终止地址是确定的。

再说一下这种实现的缺点：通用的内存池实现应该支持内存块的分裂和合并。当对应大小的内存使用完后，将更大的内存块分裂，一个用于返回，另一个插入到合适的内存池中。释放内存时，需要在适当的时机，将连续的小内存块合并为大块内存，并移到大内存池中。

上面的实现无疑不支持这种机制。即使强制支持，代价也很大。

3）内存块中保存size信息

即直接占用应用申请的内存块的部分地址，用于保存size信息。为了节约内存，不需要保存内存的大小，可以使用两三个bit来表示size类型。在释放内存的时候，根据size类型，找到正确的内存池。

这样的设计，实现也比较简单，且比较容易支持内存块的分裂和合并。但是由于size类型直接占用了应用内存的空间。对于调用者来说，必须要明确这一size类型的存在。这对调用者增加了额外的要求。一旦调用者没有注意到这个size类型。在拿到内存指针后，对整个内存进行了初始化。那么在释放内存的时候，要么导致内存泄露，要么会造成内存的越界。前者是将内存错误的放入了小的内存池中，后者是将内存错误的放入了大的内存中。

4）由调用者保存内存大小

这种实现也很简单。内存模块并不维护内存块的大小。那么调用者需要在释放内存的时候，告诉内存模块，该块内存的大小。如申请时ptr = malloc(size);释放时free(ptr, size);缺点就是与C库的内存接口不匹配。

转自：http://blog.chinaunix.net/uid-23629988-id-3264806.html

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