内存池项目-优快云博客

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内存池项目

一些共同的知识

std::array<std::atomic<void*>, FREE_LIST_SIZE> centralFreeList_;

这个就是创建了一个centralFreeList_，他是一个array数组，它里面的类型都是atomic<void*>的，表示原子指针，操作不可以被打断。长度是FREE_LIST_SIZE.

std::this_thread::yield();

这里的意思就是线程让步。用于自旋锁，如果检测到原子标志被占用，就线程让步，让这个线程处于就绪态，避免忙等待。等过一会这个线程再过来询问【线程不会消失，只是进入就绪态，让CPU可以去做别的事情】

void* next = *reinterpret_cast<void**>(result); 
            //一样的，result是void*类型,里面存的是下一个节点的地址，也是void*类型，
            //如果直接*（result）那么里面的就变成void型了
            //所以要先把result转成void**类型,再取其中的值，才是正确的下一个空闲内存节点的地址

使用 std::memory_order_release 内存序，确保当前线程对 centralFreeList_[index] 的写操作不会被重新排序到其他写操作之后。
static_cast只能在相关的数据类型之间转换，例如int double,父类子类之间的类型转换，reinterpret_cast 是一种低级别的类型转换，用于在不同类型之间进行强制转换，即使这些类型之间没有直接的关联。

V2

threadcache

使用thread_local确保每个线程创建自己独立的threadcache。优势：各自的线程申请内存都通过各自的线程实例threadcache来获取内存，不会出现线程之间的争夺进而发生资源的浪费。
整个设计都不包含锁（还是因为不存在多线程抢夺资源的情况）
处理最频繁的请求，应对高性能
接口：
void* allocate(size_t size); 申请填写申请大小
void deallocate(void* ptr, size_t size); 释放填写释放位置和大小
从中心缓存获取内存,填写index就好
void* fetchFromCentralCache(size_t index);
归还内存到中心缓存，填写ptr和大小，那个bytes我好像设置了但没用到，会根据size计算index
void returnToCentralCache(void* start, size_t size, size_t bytes);

threadcache结构

每一个线程都会有一个这个线程缓存的实例

请添加图片描述

centralcache

用到的库：atomic类

给threadCache层分内存，是通过本层的空闲列表来分配的，thread层要多大的内存，传递一个索引（不同的索引代表不同的大小）

central就利用头插法返回对应的内存块地址。

central层是只有一个哈希桶，桶的每一个下标连接了很多内存块。

申请内存

当central层没有对应索引的内存的时候，向page层索取，通过需要申请的size字节数来计算需要的页数，然后申请到的内存按照申请的字节数/需要的字节数 = 获取到的对应index的内存块数量。将这些连接起来，头赋给哈希桶的头，然后就还是头删法解决了。

接收thread释放的内存

从thread收回来的，如果大于规定的一个内存块的大小，那么是从系统申请的，直接返还给系统；

反之就是thread从central申请的，头插法就好了。在插入之前，如果同时进行的是不同index的插回，那么就直接根据不同的index插回就好了；如果多个进程插回一个index内存块，那么这个时候自旋锁和让步就发挥作用，每一次接收内存块回收的时候，都会使用test_and_set，来实现线程间的同步。

为什么不适用mutex而是原子操作的自旋锁？

特性	`test_and_set` 自旋锁	`std::mutex` 阻塞锁
实现方式	基于原子操作，无需操作系统支持	基于操作系统，可能涉及系统调用
性能	锁持有时间短时性能更高	锁持有时间长时性能更高
线程等待	忙等待（消耗 CPU）	阻塞（线程挂起，不消耗 CPU）
适用场景	锁持有时间非常短，线程切换开销较高的场景	锁持有时间较长，线程切换开销可以接受的场景
复杂度	实现简单，轻量级	实现复杂，功能更强大

centralcache的数据结构如下

跟threadcache是一样的。中间层。

pageCache

负责直接与操作系统交互，通过mmap申请大块内存，以页为单位进行内存管理（4KB，4K字节）
是内存池与操作系统之间的桥梁
central层传递给page层需要的页数，进行分配。以页进行分配的好处：
1. 硬件层面的优化，现代计算机内存管理单元就是页为单位，可以与硬件的页面管理对齐；并且操作系统所分配的娶你内存空间也是以页为基本单位，获得更好的性能
2. 所有的分配都对齐到页边界，便于后续回收之后的合并，这样可以形成多个地址连续的页，也就是一大块内存，可以减少外部内存碎片
span是一个自定义的页结构体，存储了1. 对应的页内存块的地址 2. 页数 3. 下一块连续内存页的地址
页面合并的好处：减少外部内存碎片，同时便于管理，因为多个小span合并成了一个大span，并且当span足够大的时候，可以选择归还给操作系统