STL内存优化?

STL内存管理使用二级内存配置器。

(1) 第一级配置器:

第一级配置器以malloc(),free(),realloc()等C函数执行实际的内存配置、释放、重新配置等操作,并且能在内存需求不被满足的时候,调用一个指定的函数。一级空间配置器分配的是大于128字节的空间,如果分配不成功,调用句柄释放一部分内存,如果还不能分配成功,抛出异常。

第一级配置器只是对malloc函数和free函数的简单封装,在allocate内调用malloc,在deallocate内调用free。同时第一级配置器的oom_malloc函数,用来处理malloc失败的情况。

(2) 第二级配置器:

第一级配置器直接调用malloc和free带来了几个问题:

  • 内存分配/释放的效率低
  • 当配置大量的小内存块时,会导致内存碎片比较严重
  • 配置内存时,需要额外的部分空间存储内存块信息,所以配置大量的小内存块时,还会导致额外内存负担

如果分配的区块小于128bytes,则以内存池管理,第二级配置器维护了一个自由链表数组,每次需要分配内存时,直接从相应的链表上取出一个内存节点就完成工作,效率很高

自由链表数组:自由链表数组其实就是个指针数组,数组中的每个指针元素指向一个链表的起始节点。数组大小为16,即维护了16个链表,链表的每个节点就是实际的内存块,相同链表上的内存块大小都相同,不同链表的内存块大小不同,从8一直到128。如下所示,obj为链表上的节点,free_list就是链表数组。

内存分配:allocate函数内先判断要分配的内存大小,若大于128字节,直接调用第一级配置器,否则根据要分配的内存大小从16个链表中选出一个链表,取出该链表的第一个节点。若相应的链表为空,则调用refill函数填充该链表。默认是取出20个数据块。

填充链表 refill:若allocate函数内要取出节点的链表为空,则会调用refill函数填充该链表。refill函数内会先调用chunk_alloc函数从内存池分配一大块内存,该内存大小默认为20个链表节点大小,当内存池的内存也不足时,返回的内存块节点数目会不足20个。接着refill的工作就是将这一大块内存分成20份相同大小的内存块,并将各内存块连接起来形成一个链表。

内存池:chunk_alloc函数内管理了一块内存池,当refill函数要填充链表时,就会调用chunk_alloc函数,从内存池取出相应的内存。

  • 在chunk_alloc函数内首先判断内存池大小是否足够填充一个有20个节点的链表,若内存池足够大,则直接返回20个内存节点大小的内存块给refill;
  • 若内存池大小无法满足20个内存节点的大小,但至少满足1个内存节点,则直接返回相应的内存节点大小的内存块给refill;
  • 若内存池连1个内存节点大小的内存块都无法提供,则chunk_alloc函数会将内存池中那一点点的内存大小分配给其他合适的链表,然后去调用malloc函数分配的内存大小为所需的两倍。若malloc成功,则返回相应的内存大小给refill;若malloc失败,会先搜寻其他链表的可用的内存块,添加到内存池,然后递归调用chunk_alloc函数来分配内存,若其他链表也无内存块可用,则只能调用第一级空间配置器。

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