内存池与malloc

Question

我正在浏览一些实时操作系统规范，我读到在RTOS中，我们通常不喜欢使用malloc。原因是:对于性能问题，我们不应该使用malloc，因为通过malloc分配内存很耗时，而且跟踪分配的内存的开销也更高。

现在在实时系统中，所有进程都有时间限制，我们通常不使用malloc。我产生了好奇心，并开始研究一些类似于RTOS在运行时如何实际分配内存的问题，我找到了内存池。现在写到内存池实际上意味着固定大小的块allocation.Now内存池的优点是它不会受到碎片的影响。这怎么可能呢？假设我们有3个4字节的池，而应用程序需要10个字节，因此在这种情况下，内存池将受到内部碎片的影响。

内存池是如何工作的，内存是如何分配的？应用程序是否在编译时获取池，就像特定的应用程序将从4字节的池大小中获取3个池一样？如果它们需要的内存无法放入池中，该怎么办？这样的系统中是否存在许多不同大小的内存池？请给我解释一下。

Answer 1

那么，碎片将取决于内存池的实现。通常，内存池是固定大小的内存块的池。当某个东西需要这么大的内存块时，它会使用该内存池。因此，没有碎片，因为所有需要这种大小的块的东西都是从这种大小的块池中获取的。

现在，如果特定大小的块池不存在，则可以使用更大大小的池。如果发生这种情况，那么从技术上讲就是碎片，因为分配的内存块的某一部分没有被使用(碎片)。

如果所有内存池都提供了所有所需大小的块，那么就不会有碎片。

Answer 2

池不能消除碎片，但它们可以极大地减少碎片，还可能减少分配大量非常小的块的开销。一个很好的方案是一个库，它允许客户端代码为其每个高度可伸缩的结构创建一个池。在创建池时，您需要指定块大小、初始分配和增长的块的数量，以及用于调试的文本名称。

要分配块，需要将池ID传递给分配器。只要池没有空闲块，它就会分配一个连续的块，并使它们可用，并返回其中一个块。每当一个块被释放时，如果该块的块中的所有块都是空闲的，它就会释放该块。

对于debug，有一个例程可以打印所有的池，给出描述，分配的数量，以及可能的其他统计数据，如可用空闲池的数量(如果这个值很高，则存在碎片问题)和曾经分配的最大值。对查找内存泄漏非常有帮助。

对于这种类型的库，最糟糕的情况是子系统分配了大量的块，然后在系统生命周期的早期随机释放了其中的大多数块。许多区块将保持已分配状态，但使用的区块很少。最好的情况(与malloc相比)是需要生命周期变化很大的新块的连续循环，用于必须保持较长时间的系统，如某些嵌入式系统。

这是最简单的，并且最适合单线程应用程序。对于多线程应用程序，必须注意使其线程安全，并且您可能需要模仿malloc()经常在幕后进行的优化，以最小化锁定开销(例如，每个线程的"arenas")。