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基于分离适配法的内存池

Introduce

这是一个基于分离适配法（sagregated fit）实现的内存池。如果初始化时指定缓存字节数小于 2097150（大约 2M） 则会缓存 2097150 个字节，否则缓存大小为初始化参数向上舍入到最近的 2097150 整数倍个字节，这通常不会和原始参数相差很多。

一共有 21 个大小类（size class），范围分别为 (0, 2], (2, 4], (4, 8], (8, 16]...(512K, 1M], (1M, inf]。大小类内部以双向链表的形式组织。如果总请求字节量超过了初始容量，内存池会自动扩容。

提供一个测试实例 test_mem_pool.cpp，使用如下命令进行测试：

$ make  # 编译无锁版本
$ make thread_safe  # 编译线程安全版本
$ ./test_mem_pool -test=malloc  # 测试原生 malloc 与 free
$ ./test_mem_pool -test=pool    # 测试内存池的 Malloc 与 Free

修改 test_mem_pool.cpp 里面的 TESTCASESNUM 和 MAXDATASIZE 两个变量可以自定义测试用例数量与最大请求字节数。

预定义宏：K，M，G。

如果需要确保线程安全，在编译的时候定义宏 _THREAD_SAFE_。

你不该期望从内存池里获取的地址一定是连续的！

BenchMark

定义利用率(Usage) = 总请求字节数 / 总缓存字节数表征池子里可用内存的数量。内存池以块（block）的形式组织，会产生一定的“内存浪费”，即不是所有被缓存起来的内存都可以用于响应请求，因此利用率永远小于 1。

创建一个初始容量为 2G 的内存池，与原生 malloc/free 比较。

CPU: Intel(R) Core(TM) i5-7300HQ CPU @ 2.50GHz

RAM: 16G

GCC version: 9.3.0

OS: Ubuntu 20.04 LTS

Number of testcases	max request size	内存池响应时间(ms)	malloc/free 响应时间(ms)	Usage
8k	16k	3.73	15.00	0.03
32k	16k	28.89	84.22	0.12
64k	16k	64.78	239.75	0.25
8k	512k	11.76	66.22	0.73
32k	512k	136.50	271.14	0.75
64k	512k	382.90	660.68	0.75
8k	1.5M	22.91	82.55	0.84
32k	1.5M	137.27	321.98	0.87
64k	1.5M	382.98	845.88	0.87

接口列表

MemPool* NewMemPool(size_t size);  // 创建一个初始容量为 size 的内存池
void* Malloc(MemPool *mp, size_t size);  // 向内存池请求 size 个字节的内存
void Free(MemPool *mp, void* ptr);  // 释放内存 
double Usage(MemPool *mp);  // 查看利用率
void Destroy(MemPool *mp);  // 销毁内存池

Todo

• 用红黑树保存非空闲块，提高 Free() 执行效率
• 提供内存池销毁方法
• 保证线程安全