SGI-STL内存池实现原理

Posted 2022-12-14 MachineChen

STL之父Alexander Stepanov离开HP之后就去了SGI（Silicon Graphics Computer System, Inc），然后和Matt Austern这些STL大牛一起搞了SGI STL。它也是HP STL的一个继承版本。它属于开放源码，因此你可以修改和销售它。SGI STL被GCC（linux下的C++编译器）所采用，你可以在GCC的Include子目录下找到所有头文件（比如：C:/cygnus/cygwin-b20/include/g++/include）。由于GCC对C++语言标准的支持很好，SGI STL在linux平台上的性能相当出色。此外，其源代码的可读性也很好。可以从如下网站得到更详细的情况介绍：http://www.sgi.com，可以免费下载其源代码。

SGI设计了二级配置机制，第一级配置器直接使用malloc()和free()。当配置区块超过128 bytes时，则采用第一级配置器；否则采用memory pool方式。

memory pool的整体思想是维护128/8 = 16个自由链表，这里的8是小型区块的上调边界。每个自由链表串接的区块大小如下：

序号	串连区块大小	适用大小
0	8	1-8
1	16	9-16
2	24	17-24
…	…	…
15	128	121-128

下面这幅图主要是空间配置器的框架：

几个过程的思路：

一、申请过程：

if (用户申请的内存不大于128 bytes)   
    查找对应的链表   
    if (对应链表拥有一块以上的区块)   
        调整链表   
        返回第一个区块地址   
    else  
        准备重新填充链表   
            向内存池申请内存(指定数量的区块)   
            if (内存池申请到一个区块)   
                返回第一个区块地址   
            else  
                调整链表，将区块串接起来   
                返回第一个区块地址   
else  
    直接用malloc()申请内存

二、释放过程：

if (用户释放的内存块大于128 bytes)   
    直接用free()释放   
else  
    查找对应的链表   
    回收内存 

三、向内存池申请内存过程：

if (内存池空间完全满足需求量)   
    调整内存池起始位置   
    返回空间地址   
else if (内存池空间不能完全满足需求量，但能提供一个以上的区块)   
    计算能够提供的最大内存   
    调整内存池起始位置   
    返回空间地址   
else  
    从内存池中压缩内存   
    收集比size大的空间   
    递归调用，修正nobjs   
    再次申请内存，可能抛出异常

内存池优缺点：

优点
对于频繁地申请小块内存，减少了申请的时间。

缺点
由于自由链表的内存块大小不连续（8、16、24 …），导致了内部碎片的产生。这使得内存利用率不高。
小块内存释放之后，并没有归还给操作系统，而是放到了自由链表中，会导致系统内存越来越少，除非到程序结束，否则内存不会归还给操作系统。