欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页

STL空间配置器

程序员文章站 2022-03-23 11:26:54
...

STL空间配置器:

1.空间配置器三个文件

stl_construct.h 这里定义了全局函数construct()和destroy(),负责对象的构造和析构。

stl_alloc.h文件中定义了一、二两级配置器,彼此合作,配置器名为alloc.

stl_uninitialized.h 这里定义了一些全局函数,用来填充(fill)或复制(copy)大块内存数据,他们也都隶属于STL标准规划。

2.alloc两级配置器

在stl_alloc.h中定义了两级配置器,主要思想是申请大块内存池,小块内存直接从内存池中申请,当不够用时再申请新的内存池,还有就是大块内存直接申请。

2.1申请空间大于128字节——->一级配置器

当申请空间大于128字节时调用第一级配置器,第一级配置器没有用operator::new和operator::delete来申请空间,而是直接调用malloc/free和realloc,并且实现了类似c++中new-handler的机制。所谓c++ new handler机制是,你可以要求系统在内存配置需求无法被满足时,调用一个指定的函数。换句话说,一旦::operator::new无法完成任务,在丢出std::bad_alloc异常状态之前,会先调用由客端指定的处理例程,该处理例程通常称为new-handler.new-handler解决内存做法有特定的模式。

SGI第一级配置器的allocate()和realloc都是在调用malloc和realloc不成功后,改调用oom_malloc()和oom_realloc(),后两者都有内循环,不断调用”内存不足处理例程”,期望在某次调用之后,获得足够的内存而圆满完成任务。但如果“内存不足处理例程“并未被客端设定,oom_malloc()和oom_realloc便调用_THROW_BAD_ALLOC, 丢出bad_alloc异常信息,或利用exit(1)硬生生中止程序。

2.2申请空间小于128字节——->二级配置器

在stl_alloc.h中定义的第二级配置器中,如果区块够大,超过128字节时,就移交给第一级配置器处理。

当区块小于128字节时,则以内存池管理,此法又称为次层配置,每次配置一大块内存,并维护对应的*链表(free-list)。下次若再有相同大小的内存需求,就直接从free-list中拔出。如果客端释还小额区块,就由配置器回收到free-lists中,另外,配置器除了负责配置,也负责回收。

为了管理方便,SGI第二级配置器会主动将任何小额区块的内存需求量上调至8的倍数。并维护16个free-lists,各自管理大小分别为8,16,24,32,40,48,56,64,72,80,88,96,104, 112,120,128 字节的小额区块。

当申请小于等于128字节时就会检查对应的free list,如果free-list中有可用的区块,就直接拿来,如果没有,就准备为对应的free-list 重新填充空间。新的空间将取自内存池,缺省取得20个新节点,如果内存池不足(还足以一个以上的节点),就返回的相应的节点数.如果当内存池中连一个节点大小都不够时,就申请新的内存池,大小为2*total_bytes+ROUND_UP(heap_size>>4),totoal_bytes 为申请的空间大小,ROUND_UP调整为8的倍数,heap_size为当前总申请内存池的大小。如果申请该内存池成功就把原来内存池中剩下的空间分配给适当的free-list.万一山穷水尽,整个system heap空间都不够了(以至无法为内存池注入源头活水),malloc()行动失败,就会四处寻找有无”尚有未用区块,且区块足够大 “之free lists.找到了就挖一块交出,找不到就调用第一级配置器。第一级配置器其实也是使用malloc来配置内存。但它有out-of-memory处理机制(类似new-handler机制),或许有机会释放其他的内存拿来此处使用。如果可以就成功,否则发出bad_alloc异常。

3、STL的默认内存分配器

隐藏在这些容器后的内存管理工作是通过STL提供的一个默认的allocator实现的。当然,用户也可以定制自己的allocator,只要实现allocator模板所定义的接口方法即可,然后通过将自定义的allocator作为模板参数传递给STL容器,创建一个使用自定义allocator的STL容器对象,如:

  stl::vector<int, UserDefinedAllocator> array;

大多数情况下,STL默认的allocator就已经足够了。这个allocator是一个由两级分配器构成的内存管理器,当申请的内存大小大于128byte时,就启动第一级分配器通过malloc直接向系统的堆空间分配,如果申请的内存大小小于128byte时,就启动第二级分配器,从一个预先分配好的内存池中取一块内存交付给用户,这个内存池由16个不同大小(8的倍数,8~128byte)的空闲列表组成,allocator会根据申请内存的大小(将这个大小round up成8的倍数)从对应的空闲块列表取表头块给用户。

这种做法有两个优点

(1)小对象的快速分配。

小对象是从内存池分配的,这个内存池是系统调用一次malloc分配一块足够大的区域给程序备用,当内存池耗尽时再向系统申请一块新的区域,整个过程类似于批发和零售,起先是由allocator向总经商批发一定量的货物,然后零售给用户,与每次都总经商要一个货物再零售给用户的过程相比,显然是快捷了。当然,这里的一个问题时,内存池会带来一些内存的浪费,比如当只需分配一个小对象时,为了这个小对象可能要申请一大块的内存池,但这个浪费还是值得的,况且这种情况在实际应用中也并不多见。
(2)避免了内存碎片的生成。

程序中的小对象的分配极易造成内存碎片,给操作系统的内存管理带来了很大压力,系统中碎片的增多不但会影响内存分配的速度,而且会极大地降低内存的利用率。以内存池组织小对象的内存,从系统的角度看,只是一大块内存池,看不到小对象内存的分配和释放。
实现时,allocator需要维护一个存储16个空闲块列表表头的数组free_list,数组元素i是一个指向块大小为8*(i+1)字节的空闲块列表的表头,一个指向内存池起始地址的指针start_free和一个指向结束地址的指针end_free。空闲块列表节点的结构如下: