고 효율 메모리 탱크 의 설계 방안 [C 언어]

머리말
저 는 리 트 윗 한 블 로그 에서 시스템 의 기본 메모리 배분 함수 인 malloc / freee 의 단점 과 메모리 풀 디자인 을 하 는 원인 을 상세히 논술 하 였 습 니 다. 여기 서 더 이상 언급 하지 않 겠 습 니 다.Nginx 메모리 탱크 와 에 대한 분석 을 통 해 성능 이 더욱 좋 은 (메모리 시간 복잡 도 를 O (1) 로 신청 / 방출) 메모리 탱크 의 디자인 방안 을 제시 합 니 다.만약 타당 하지 않 은 점 이 있다 면 지적 을 환영 합 니 다!만약 다른 메모리 탱크 의 설계 방안 이 있다 면, 공동으로 공유 하고 토론 하 는 것 을 환영 합 니 다.
2. 구조 디자인
2.1 메모리 풀 구조

//       
typedef struct
{
    int unitsize;             //       ， unit   
    int initnum;             //          
    int grownum;           //            
    int totalnum;            //       
    memblock_t *block;     // memblock_t   
    char *idleunit;          //          
#if defined(__MEMPOOL_THREAD_SUPPORT__)
    pthread_mutex_t lock;     //       ——         ，         ！
#endif /*__MEMPOOL_THREAD_SUPPORT__*/
}mempool_t;

//       
typdef struct
{
    int unitnum;           //      
    int idlenum;            //       
    mempool_t *pool;      //   ：  mempool_t
    char *lastunit;         //      (      )
    memblock_t *next;      //    memblock_t
}memblock_t;

//       
typedefstruct
{
    memblock_t *block;      //   ：      memblock_t
    char *next;             //         
}memunit_info_t;

2.2 전체 구조
메모리 탱크 의 전체 구조 도 는 다음 과 같다.
그림 1 전체 구성 도
2.3 운영 체제
이 메모리 탱크 의 운영 체 제 는 다음 과 같 습 니 다.

1) 모든 메모리 단원 의 크기 를 고정 화하 여 메모리 분배 효율 을 높 일 수 있다.예 를 들 어 메모리 유닛 은 각각 {4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56, 60...} (단위: byte, 크기 는 4byte 의 정수 배) 이다.Mempool_t 사 이 는 배열 형식 으로 구성 되 는데 그 대체 구 조 는 다음 과 같다. (주: Mempool t 간 의 관 계 를 명 확 히 하기 위해 다른 변수 간 의 관 계 를 표시 하지 않 았 다)

그림 2 Mempoolt 배열
주: 효율 을 높이 기 위해 그룹 을 통 해 Mempool 저장t. 메모리 공간 을 신청 할 때 오프셋 을 통 해 어느 크기 의 메모리 풀 을 사용 하 는 지 빠르게 찾 을 수 있 습 니 다.

2) 메모리 탱크 가 실제 분배 할 수 있 는 메모리 단원 은 Memblockt 중, 모든 Memblockt 의 메모리 셀 이 사용 되면 새로운 Memblock 을 신청 해 야 합 니 다.t, 그리고 Memblock 에 가입t 링크 중.Memblock_t 의 조직 방식 은 다음 과 같다. (주: Memblock t 간 의 관 계 를 명 확 히 하기 위해 다른 변수 간 의 관 계 를 표시 하지 않 았 음)

그림 3 Memblock링크

3) 링크 를 사용 하여 남 은 메모리 유닛 을 구성 하면 메모리 배분 / 방출 시의 효율 을 크게 향상 시 킬 수 있다 (시간 복잡 도 는 O (1).Mempool_t 의 idleunit 는 남 은 메모리 셀 의 체인 헤더 입 니 다.남 은 메모리 단원 의 조직 형식 은 다음 과 같다. (비고: 남 은 메모리 단원 간 의 관 계 를 명 확 히 하기 위해 다른 변수 간 의 관 계 를 표시 하지 않 음)

그림 4 남 은 메모리 유닛 링크
설명: Memblockt 에서 빨간색 숫자 로 표 시 된 메모리 셀 은 분 배 된 메모리 셀 을 대표 하고 녹색 숫자 로 표 시 된 메모리 셀 은 남 은 메모리 셀 을 대표 합 니 다.

4) 메모 리 를 신청 할 때 idleunit 가 가리 키 는 메모리 셀 을 남 은 메모리 셀 링크 에서 내 쫓 고 idleunit 는 메모리 셀 의 후계 자 를 가리 키 며 이 메모리 셀 의 주 소 를 되 돌려 줍 니 다.그림 4 를 예 로 들 어 메모리 블록 을 신청 한 후 남 은 메모리 유닛 링크 는 그림 과 같다. (주: 그림 4 와 의 변 화 를 비교 하 십시오)

그림 5 메모리 신청 도
주: 신청 한 메모리 공간 크기 가 모든 메모리 셀 보다 클 때 malloc () 를 통 해 OS 에 size + size of (memunit info t) 의 메모리 공간 을 신청 합 니 다.

5) 메모리 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛 유닛그림 4 를 예 로 들 어 빨간색 숫자 로 표 시 된 메모리 유닛 3 을 풀 면 남 은 메모리 유닛 링크 는 그림 과 같다. (주: 그림 4 와 의 변 화 를 비교 하 십시오)

그림 6 메모리 방출 도

6) 메모리 단원 은 체인 테이블 형식 을 통 해 조직 관 리 를 하기 때문에 각 메모리 단원 은 조직 체인 테이블 의 정 보 를 저장 할 수 있 는 추가 공간 이 있다.그림 4 를 더 펼 칩 니 다: (주: 그림 4 와 결합 하여 보 세 요)

그림 7 메모리 유닛 내부 구조
설명:
1. 각 메모리 단위 의 내부 구조: memunitinfo_t 구조 + unitsize 크기 의 공간.각 메모리 단위 의 크기 는: size of (memunit info t) + unitsize;
2. idleunit 는 메모리 단원 의 data 를 가리킨다.남 은 메모리 셀 의 next 는 후계 메모리 셀 의 data 를 가리 키 며, 후계 가 없 으 면 NULL 입 니 다.분 배 된 메모리 셀 의 next 는 항상 NULL 입 니 다.
3. 메모리 셀 의 block 은 숙주 Memblock 을 가리킨다.t, 현재 메모리 셀 이 어느 Memblock 에 속 하 는 지 빠르게 확인 할 수 있 습 니 다.t, 다시 Memblockt 중의 pool, 어느 Mempool 에 속 하 는 지 빠르게 알 수 있 습 니 다.t。
4. 메모 리 를 할당 할 때 메모리 셀 의 주소 가 아 닌 data 의 주 소 를 되 돌려 줍 니 다.

7) 메모리 셀 을 풀 때 풀 려 난 메모리 셀 을 남 은 메모리 셀 링크 에 추가 하기 위해 메모리 셀 의 block 을 통 해 소속 Memblock 을 알 수 있 습 니 다.t, pool 을 통 해 소속 Mempool 을 알 수 있 습 니 다.t. 따라서 남 은 메모리 유닛 체인 헤더 idleunit 를 알 수 있 습 니 다. 이 때 방출 된 메모리 유닛 을 남 은 링크 에 추가 할 수 있 습 니 다.

그림 8 소속 Mempoolt
2.4 장단 점
상기 몇 가지 분석 을 통 해 이 메모리 탱크 는 다음 과 같은 장단 점 이 있 음 을 알 수 있다.
장점:
1. 포 지 셔 닝 메모리 풀 의 시간 복잡 도 는 O (1)
메모리 유닛 이 사용 할 수 있 는 공간 크기 는 4 의 정수 배 이 고 순서대로 증가 합 니 다.따라서 메모리 풀 을 찾 는 알고리즘: (n 은 메모리 풀 배열 아래 표시)

                n = (size>>2) - 1;
                if(0 != (size&(4-1))) n++;

2. 메모리 신청 과 방출 의 시간 복잡 도 는 O (1)
3. 메모리 조각 이 작다
4. 작은 상호 배척 입도: 공간 을 신청 할 때마다 해당 하 는 mempool 만 잠 금t 의 메모리 탱크 는 다른 size 의 메모리 탱크 공간 을 신청 할 수 있 습 니 다.
단점:
1. 메모리 셀 의 실제 크기 는 unitsize 보다 큰 size of (memunit info t)
2. 남 은 메모리 셀 링크 의 메모리 셀 은 무질서 하 게 연결 되 어 있 기 때문에 남 은 메모리 셀 의 개수 가 하나의 Memblock 을 초과 하 더 라 도t 메모리 셀 총 수 는 Memblock 을 사용 할 수 없습니다.t。
저자: 추기 봉
2012.11.18 새벽 2 시