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stl源码剖析笔记-空间配置器

stl源码剖析笔记-空间配置器

作者: echo_a5fe | 来源:发表于2019-07-10 03:09 被阅读0次

    SGI stl中容器默认使用的空间配置器是alloc。

    空间:可以存储数据的地方,可以是内存,磁盘,甚至设备等,能读写就行

    内存:字面意思

    空间配置器分两种:一级配置器(__malloc_alloc_template)和二级配置器(__default_alloc_template)。当请求的空间大于128byte时使用一级配置器,小于128byte时则使用二级配置器。

    一级配置器底层是对malloc和free的简单封装。

    二级配置器维护一个内存池和空闲链表,当内存池的内存不足以满足需求时将使用malloc分配内存。

    为什么使用二级配置器?

    我们知道二级配置器的使用场景是需要小块内存时。如果直接向系统申请小块内存的话,由于操作系统在管理和回收内存时需要知道内存的长度等信息,而对于c++用户而言需要的是一段内存的起始地址而包含任何头部信息。所以系统在分配内存时将多分配一段用以保存长度信息的内存,然后将剩余的内存返回给用户。也就是说用户申请n bytes,假如操作系统用一个struct __head_t保存信息,则需要在空闲列表中寻找一块长度大于等于(n+sizeof(__head_t))的内存,假如这段内存起始于p,则将长度自己及下一节点等信息放在(_head_t*)p中,然后返回(void*)(p+sizeof(__head_t))给用户,如果我们申请的小块内存越多则花费也更多,除此之外也将完成更多内存碎片。

    而二级配置器维护十六个不同区块大小的空闲链表,这些链表节点都来源于配置器一次性申请的一大片内存里面,当内存不足时也将按照所需要内存的2倍进行申请,这将减少系统分配的花销。

    一级配置器

    一级配置器(__malloc_alloc_template)提供的allocate和deallocate是对malloc()函数,realloc()函数和free()函数的简单封装。除此之外它的内部还拥有一组用于处理申请内存时碰到oom情况的函数指针,并提供set_new_handler接口来达成类似c++ set-new-handler的效果。

    二级配置器

    二级配置器(__default_alloc_template)主要由两个部分组成:空闲链表和内存池。

    空闲链表

    空闲链表的部分是一个16个元素的数组,每个元素就是一个空闲链表。每个链表用来保存不同大小的空闲区块,分别是8,16,24,32,40,....,128。空闲链表每个节点要保存下一个节点的信息,为了节省空间这里使用这样一种类型来作为节点:

    union obj

    {

        obj * free_list_link;

        char data[1];

    };

    原理是,当区块被使用时,假如链表头为free_list,则可以将它的data字段保存,将free_list赋值为free_list->free_list_link,返回保存的data即可。

    区块回收时将回收的内存当成obj指针看待,将其free_list_link赋值为当前free_list,再将其赋值给free_list即可。

    整个过程实际上是出栈入栈

    内存池

    内存池使用两个指针表示开始和结束,当前剩下的大小可以用指针相减计算出来。

    内存池用于当链表区块不足时添加新的区块,也就是直接"回收"进去。空闲链表在申请空间时通常使用SxN的形式,也就是N和S大小的块。内存池对于这些请求,分三种情况处理:

    剩余空间大于等于SxN,直接返回给空闲链表。

    不足SxN,但是大于等于SxM,1≤M<N。这种情况下将返回SxM的空间,并通过N的引用传回实际大小。

    不足N。这个情况下,首先检查自身剩下的空间,将它填充到合适的空闲链表。然后用malloc分配新的内存,大小是当前请求的两倍,然后调用自己。如果malloc分配失败,意味着系统内存也不足,则通过遍历空闲链表来寻找空闲的,足够大的块返回给空闲链表。比如申请8x2,内存池为0了,而空闲链表(区块大小为64)还有没用的块,也可以拿来使用。如果也没,就直接调用一级配置器,触发异常,兴许系统会整理内存,然后就有了。

    这一整个就是stl中空间配置器alloc的行为了。

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