关于内存池的问题

Question

我需要一些关于内存池的概念和实现的澄清。

在wiki上的内存池上，它说

也称为固定大小块分配，.由于这些实现由于变块大小而受到碎片影响，因此由于性能的原因，无法在实时系统中使用它们。

“可变块大小导致碎片”是如何发生的？如何固定大小的分配可以解决这一问题？这个维基描述听起来有点误导我。我认为，固定大小的分配或可变大小不会避免碎片。在内存池上下文中，为特定应用程序设计的特定内存分配器避免了碎片，或者通过限制地使用预定的内存块来减少碎片。

另外，通过几个实现示例(例如，代码示例1和代码示例2 )，在我看来，要使用内存池，开发人员必须非常清楚数据类型，然后将数据剪切、拆分或组织到链接内存块(如果数据接近链接列表)或层次链接块(如果数据是分层的，比如文件)。此外，开发人员似乎必须事先预测他需要多少内存。

好吧，我可以想象这对于一个原始数据数组是很好的。那么C++非原始数据类呢?在这些类中，内存模型并不明显？即使对于原始数据，开发人员也应该考虑数据类型对齐吗？

C和C++有很好的内存池库吗？

谢谢您的评论！

Answer 1

在总是分配固定大小块的情况下，要么有足够的空间再分配一个块，要么没有。如果有，块就适合可用的空间，因为所有空闲或使用的空间都是相同大小的。不成体系不是问题。

在具有可变大小块的场景中，您可以得到多个不同大小的空闲块。对于小于空闲内存总量的块的请求可能是无法满足的，因为没有一个足够大的连续块。例如，假设您最终有两个独立的2KB的空闲块，并且需要满足3KB的请求。这两个块都不足以满足这一点，即使有足够的内存可用。

Answer 2

可变块大小确实会导致碎片。请看我附上的图片：

​

图像(从这里开始)显示了A、B和C分配内存块、可变大小块的情况。

在某种程度上，B释放了它所有的内存块，然后突然出现了碎片。例如，如果C需要分配一大块内存，这仍然适合于可用内存，它不能这样做，因为可用内存被分割成两个块。

现在，如果考虑到每个内存块大小相同的情况，这种情况显然不会出现。

当然，内存池也有自己的缺点，正如您自己所指出的。所以你不应该认为一个内存池是一个神奇的魔杖。它是有成本的，在特定情况下(即内存有限的嵌入式系统、实时约束等)支付是有意义的。

至于在C++中哪个内存池是好的，我要说它取决于。我使用了操作系统提供的VxWorks下的内存池；从某种意义上说，一个好的内存池在与操作系统紧密集成时是有效的。实际上，我想每个RTOS都提供了一个内存池的实现。

如果您正在寻找通用内存池实现，请查看这。

编辑：

从您最后的评论来看，在我看来，您可能认为内存池是解决碎片问题的“解决方案”。不幸的是，情况并非如此。如果你愿意，碎片化是熵在记忆层次上的表现，也就是说，它是不可避免的。另一方面，内存池是一种管理内存的方式，能够有效地减少碎片的影响(正如我所说的，而且正如wikipedia所提到的，主要是在特定的系统上，如实时系统)。这需要付出代价，因为内存池可能比“正常”内存分配技术的效率要低，因为您有最小的块大小。换句话说，熵在伪装下再次出现。

此外，这些参数都会影响内存池系统的效率，例如块大小、块分配策略，或者是只有一个内存池，还是有几个具有不同块大小、不同寿命或不同策略的内存池。

内存管理确实是一个复杂的问题，而内存池只是一种技术，它和其他任何技术一样，与其他技术相比改进了事物，并确定了自己的成本。

Answer 3

固定大小和可变大小的内存池都将具有碎片特性，即在使用的内存块之间会有一些空闲的内存块。

对于可变大小，这可能会导致问题，因为可能没有足够大的空闲块来满足特定的请求大小。

另一方面，对于固定大小的池，这不是问题，因为只能请求预定义大小的一部分。如果有空闲空间，则保证其足够大(1/1)。