KaiwuDB 时序引擎数据存储内存对齐技术解读

一、理论

1、什么是内存对齐

现代计算机中内存空间都是按照 byte 划分的，在计算机中访问一个变量需要访问它的内存地址，从理论上看，似乎对任何类型的变量的访问都可以从任何地址开始。

但在实际情况中，通常在特定的内存地址才能访问特定类型变量，这就需要对数据在内存中存放的位置有限制。各种类型不是按照顺序排放，它们需要根据一定的规则在空间上排列，这就是对齐。

2、为什么需要内存对齐

（1）移植原因：

不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的，各个硬件平台对存储空间的处理上有很大的不同，部分平台对某些特定类型的数据只能从某些特定地址开始存取。

比如，市面上有些架构的 CPU 在访问一个没有进行对齐的变量时会发生错误，这时 CPU 会进入异常处理状态并且通知程序不能继续执行。

举个例子，在 ARM 硬件平台上，当操作系统被要求存取一个未对齐数据时会默认给应用程序抛出硬件异常。所以，如果不进行内存对齐，代码就不具有移植性，而且难以开展在很多平台上的开发工作。

（2）性能原因：

尽管内存是以字节为单位，但是大部分处理器并不是按字节块来存取内存的。它一般会以双字节、4 字节、8 字节、16 字节甚至 32 字节为单位来存取内存，我们将上述这些存取单位称为内存存取粒度。

如果变量的地址没有对齐，可能需要多次访问才能完整读取到变量内容，而对齐后可能就只需要一次内存访问。因此，内存对齐可以减少 CPU 访问内存的次数，提高 CPU 访问内存的吞吐量。

举个例子，考虑 4 字节存取粒度的处理器访问 int 类型变量，该处理器只能从地址为 4 的倍数的内存地址开始读取数据。如果未经过内存对齐，获取该 int 类型的数据需要进行两次内存访问，最后再进行数据整理得到完整数