內存管理－STL 空間配置器

下面主要介紹STL中實現的內存空間配置器．

1).考慮到小型區塊所可能形成的內存破碎問題，設計了雙層級配置器．

當配置區塊超過128bytes時，調用第一層級配置器，第一層級配置器直接使用malloc()和free()．

當配置區塊小於128bytes時，調用第二層級配置器，採用複雜的memory pool整理方式，下降額外開銷．

2).內存池管理方式是每次配置一大塊內存，並維護對應之自由鏈表．

如有相同大小的內存分配，就直接從自由鏈表中分配內存塊．

若內存釋放時，則由配置器回收到自由鏈表中．

第二級配置器會主動將任何小額區塊的內存需求量調至8的倍數．

3).自由鏈表(free-list)節點的結構以下：

利用union的特性，從第一字段觀之，obj可被視爲一個指針，指向相同形式的另外一個obj．

從第二字段觀之，obj可被視爲一個指針，指向實際區塊．

一物二用，不會爲了維護鏈表所必須的指針而形成內存的一種浪費．

具體代碼實現，請參考STL源碼．下面附幾張圖說明．

第一級配置器與第二級配置器之間的關係：

第二級配置器分配內存時，自由鏈表變化示意圖：

第二級配置器釋放內存時，自由鏈表變化示意圖：

第二級配置器分配內存時，其具體步驟以下：

1).判斷內存塊大小，是否大於128bytes，若大於，則調用第一級配置器．若小於，進行步驟2).

2).從16個自由鏈表中，根據內存塊大小選擇合適的自由鏈表．

3).判斷自由鏈表是否爲空，若爲空，則從新真充自由鏈表，不然，進行步驟4).

4).調整當前自由鏈表指向一塊內存塊，並返回當前的內存塊．(相似於鏈表的刪除操做)

第二級配置器釋放內存時，其具體步驟以下：

1).判斷內存塊大小，是否大於128bytes，若大於，則調用第一級配置器．若小於，進行步驟2).

2).從16個自由鏈表中，根據內存塊大小選擇合適的自由鏈表．

3).調整當前自由鏈表回收當前的內存塊．(相似於鏈表的插入操做)

內存池的實際操做結果示意圖：

內存池管理：

1).三個變量來標識內存池的使用狀況和大小，start_free,end_free,heap_size.

2).從內存池中取空間給自由鏈表時，主要分三種狀況進行．

a).內存池剩餘空間徹底知足需求量，則直接修改start_free的值，返回對應的區塊．

b).內存池剩餘空間不能徹底知足需求量，但足夠供應一個(含)以上的區塊，則減小分配的區塊數目，而後分配．

c).內存池剩餘空間連一個區塊的大小都沒法提供，則利用malloc增長內存空間．

若malloc成功，則修改start_free,end_free,heap_size，而後遞歸調用自身，從新分配區塊．

若malloc不成功，則尋找自由鏈表中，看是否存在足夠大的區塊．

若存在，則將對應區塊做爲內存池，調整start_free,end_free，遞歸調用自身，從新分配區塊．

若不存，則調用第一級配置器．