__mt_alloc源码分析（5）

最新推荐文章于 2025-07-12 15:13:11 发布

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#thread #delete #alignment #os #application #null

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本文详细解析了单线程内存池__pool<false>的工作原理，包括内存分配、释放及销毁过程。介绍了_M_reserve_block如何为用户提供内存，_M_reclaim_block如何回收内存，以及_M_destroy如何清理内存。

__pool<false>的内存分配

本节研究__pool<false>在分配内存时做的事情。回忆一下__mt_alloc:: allocate函数的内容，一般情况下用户通过某个bin的_M_first[0]可以得到想要的内存，但是在_M_first[0]为0时，__mt_alloc:: allocate调用了：

701 // Null, reserve.

702 __c = __pool._M_reserve_block(__bytes, __thread_id);

那么_M_reserve_block做了些什么？我们来看一下。

<mt_allocator.cc>

117 char*

118 __pool<false>::_M_reserve_block(size_t __bytes, const size_t __thread_id)

函数_M_reserve_block的原型，参数__bytes是用户申请的内存字节数，__thread_id是当前线程分配的id。在单线程__pool<false>里，__thread_id总是为0。

119 {

120 // Round up to power of 2 and figure out which bin to use.

121 const size_t __which = _M_binmap[__bytes];

122 _Bin_record& __bin = _M_bin[__which];

123 const _Tune& __options = _M_get_options();

124 const size_t __bin_size = (__options._M_min_bin << __which)

125 + __options._M_align;

__which指出了__bytes字节数归哪个bin管理，于是“(__options._M_min_bin << __which)”得到的就是这个bin管理的字节数上限。但是每个空闲块除了数据区，还有头信息，所以需要加上__options._M_align。最终__bin_size等于每个空闲块的字节大小。

126 size_t __block_count = __options._M_chunk_size - sizeof(_Block_address);

127 __block_count /= __bin_size;

可调参数_M_chunk_size是__pool“每次从OS申请的内存块的大小”，那么在这块内存上能建立起多少个空闲内存块呢？上面的代码就是计算这个的。

注意到刚开始__block_count的值是_M_chunk_size减去sizeof(_Block_address)，这说明内存的前几个字节被用于生成_Block_address结构。也许读者还记得bin结构（_Bin_record）里有一个_M_address成员变量，用于记录所有从OS得到的内存块链表，_M_address正好就是指向_Block_address的指针。

129 // Get a new block dynamically, set it up for use.

130 void* __v = ::operator new(__options._M_chunk_size);

131 _Block_address* __address = static_cast<_Block_address*>(__v);

132 __address->_M_initial = __v;

133 __address->_M_next = __bin._M_address;

134 __bin._M_address = __address;

从OS申请大小为_M_chunk_size的内存，最前面几个字节作为_Block_address，_M_initial指向自己，然后把这块内存加入到_M_address链表中。如下图所示。

136 char* __c = static_cast<char*>(__v) + sizeof(_Block_address);

137 _Block_record* __block = reinterpret_cast<_Block_record*>(__c);

138 __bin._M_first[__thread_id] = __block;

139 while (--__block_count > 0)

140 {

141 __c += __bin_size;

142 __block->_M_next = reinterpret_cast<_Block_record*>(__c);

143 __block = __block->_M_next;

144 }

145 __block->_M_next = NULL;

用剩下的内存构造出__block_count个空闲内存块，并串连起来，最后__bin._M_first[__thread_id]会指向这个链表的第一个元素。

147 __block = __bin._M_first[__thread_id];

148 __bin._M_first[__thread_id] = __block->_M_next;

别忘了我们还要给用户返回一个空闲内存块，现在就是取出这个块的时候。

150 // NB: For alignment reasons, we can't use the first _M_align

151 // bytes, even when sizeof(_Block_record) < _M_align.

152 return reinterpret_cast<char*>(__block) + __options._M_align;

给用户使用的数据区在空闲块的某个偏移位置，这在前面讨论过。

153 }

__pool<false>的内存释放

当用户使用完内存，需要调用__mt_alloc:: deallocate释放，进而会调用__pool<false>::_M_reclaim_block归还给内存池。

<mt_allocator.cc>

102 void

103 __pool<false>::_M_reclaim_block(char* __p, size_t __bytes)

函数_M_reclaim_block的原型，参数__p是用户归还的内存地址，__bytes是数据区大小。

104 {

105 // Round up to power of 2 and figure out which bin to use.

106 const size_t __which = _M_binmap[__bytes];

107 _Bin_record& __bin = _M_bin[__which];

找到管理__bytes字节数内存块的bin。几乎每个操作都会涉及到这一步，由此我们知道为什么要用_M_binmap来映射这种关系：用空间换时间。

109 char* __c = __p - _M_get_align();

110 _Block_record* __block = reinterpret_cast<_Block_record*>(__c);

通过用户给出的数据区地址，得到这个空闲块的首地址，和内存分配里给块地址加上_M_get_align()正好配对。

112 // Single threaded application - return to global pool.

113 __block->_M_next = __bin._M_first[0];

114 __bin._M_first[0] = __block;

把空闲块加入到_M_first[0]链表里。

115 }

__pool<false>的销毁

为了与_M_initialize函数对应，__pool<false>还实现了_M_destroy函数，用于销毁从OS动态申请的内存。不过这个函数实际上根本没有被调用，包括析构函数里也没有。所以__pool仍和其他许多内存池一样，让OS自动回收进程里的所有内存，而不是调用_M_destroy来归还。

<mt_allocator.cc>

81 void

82 __pool<false>::_M_destroy() throw()

83 {

84 if (_M_init && !_M_options._M_force_new)

如果没有初始化，或者_M_force_new为true，就不会进行任何辅助内存的申请，这从_M_initialize里可以看出来。

85 {

86 for (size_t __n = 0; __n < _M_bin_size; ++__n)

87 {

88 _Bin_record& __bin = _M_bin[__n];

89 while (__bin._M_address)

90 {

91 _Block_address* __tmp = __bin._M_address->_M_next;

92 ::operator delete(__bin._M_address->_M_initial);

93 __bin._M_address = __tmp;

归还每个bin里向OS动态申请的内存。也许_M_address的作用就在于此，虽然这里的代码并没有被真正运行过。

94 }

95 ::operator delete(__bin._M_first);

归还_M_first数组的内存。

96 }

97 ::operator delete(_M_bin);

98 ::operator delete(_M_binmap);

归还bin数组和_M_binmap映射数组。

99 }

100 }