1 前言
(资料图)
首先要明白为何需要动态内存分配,熟悉C语言的读者应该对这个比较熟悉,需要一段内存时会使用malloc函数来申请所需要大小的内存,函数返回一段内存的首地址。
简单来说,动态内存分配的好处在于需要内存的时候可以按需分配,当不需要内存的时候可以将其释放掉,这样可以高效的利用内存。下面本文从零开始实现一个完整的动态内存分配。
2 简单动态内存分配实现
内存分配是将没有使用的内存块给需要的变量(普通变量、指针变量、结构体变量等等)使用,由于其使用后需要进行释放,这就会导致空闲的内存是分散在内存池中的。因此,必须要对内存进行管理,也就是对内存的使用情况做标记。
上图是一个内存池使用后的某一时刻,可以看到,使用的块和没有使用的块并不是连续的,这样就需要用一个表对其进行标记,这个表称为BitMap。假设现在将内存按照每个Byte进行划分,然后用一个bit对块进行标记,1表示已使用,0表示没有使用,这样一个块需要一个bit。
下面来用C语言来实现这个简单的动态内存分配。
最终终端输出结果如下:
上面已经实现了一个简单的动态内存分配,可以完成内存的分配和释放以及输出使用率和查看位图。这种方式实现的动态内存分配不会产生内部碎片,这也是其优势所在,但其缺点很明显就是利用率太低。
3 实用的动态内存分配
细心的读者可能已经发现上面的简单动态内存分配有一个缺点,就是一个bit只能表示一个字节,也就是说表示8个字节就需要一个字节的位图,这种映射导致其内存的
这对于很多情况是比较浪费的。为了提高利用率,就必须将映射块的粒度增大,也就是一个Bit的映射范围对应多个字节。
上图给出了一个bit映射到64Byte,这样:
虽然利用率变高了,但是其会产生内部碎片,所谓内部碎片就是在最小粒度内无法使用的内存空间,为何这个空间无法使用了,原因在于当在申请内存块的时候,其内存只能以64B对齐的,即使小于64B,也得按64B来看作,因为这个粒度已经被bitmap标记使用了,当下次使用时,其无法被分配。
因此,可以看到,粒度越大,其可能产生的内部内存碎片越大,内存利用率和碎片是需要权衡了,好的算法只能解决外部碎片问题,无法解决内部碎片问题,因此在实现动态内存分配时必须权衡考虑,以达到最优结果。
审核编辑:汤梓红
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