leveldb源码剖析2.1–核心设计之内存池实现

引言

为了更加合理地使用内存，在leveldb中实现了自定义的内存池。

1 数据结构

leveldb的内存池实现类为Arena，其核心数据域如下：

首先，用一个vector类型的blocks_存储分配的一块块内存；用alloc_ptr_指向最新申请的内存中未使用内存的首地址；用alloc_bytes_remaining_表示最新申请的内存中未使用内存的字节大小；特别地，memory_usage_统计了所有的bock和blocks_变量占用的内存和。

2 源码解读

2.1 源码解读

申请内存的方法有Allocate和AllocateAligned，后者多了起始地址对齐功能。

1. AllocateAligned函数

char* Arena::AllocateAligned(size_t bytes) {
    
    
  //进行最低8字节的对齐
  const int align = (sizeof(void*) > 8) ? sizeof(void*) : 8;
  static_assert((align & (align - 1)) == 0,
                "Pointer size should be a power of 2");
  size_t current_mod = reinterpret_cast<uintptr_t>(alloc_ptr_) & (align - 1);
  size_t slop = (current_mod == 0 ? 0 : align - current_mod);
  size_t needed = bytes + slop;
  char* result;
  if (needed <= alloc_bytes_remaining_) {
    
      //如果最新内存块有空余空间
    result = alloc_ptr_ + slop; //移动对齐补全字节
    alloc_ptr_ += needed; //重置未使用内存指针
    alloc_bytes_remaining_ -= needed; //重置未使用内存大小
  } else {
    
      //如果最新内存块没有空余空间
    result = AllocateFallback(bytes);
  }
  assert((reinterpret_cast<uintptr_t>(result) & (align - 1)) == 0);
  return result;
}

2. AllocateFallback函数

char* Arena::AllocateFallback(size_t bytes) {
    
    
  if (bytes > kBlockSize / 4) {
    
    
    // 如果申请内存大小大于1K，那么进入下面，申请bytes大小然后直接使用
    char* result = AllocateNewBlock(bytes);
    return result;
  }

  // 如果申请内存大小大于1K,直接申请4K大内存后，还需要重置alloc_ptr_和alloc_bytes_remaining_
  alloc_ptr_ = AllocateNewBlock(kBlockSize);
  alloc_bytes_remaining_ = kBlockSize;

  char* result = alloc_ptr_;
  alloc_ptr_ += bytes;
  alloc_bytes_remaining_ -= bytes;
  return result;
}

3. AllocateNewBlock函数

char* Arena::AllocateNewBlock(size_t block_bytes) {
    
    
  char* result = new char[block_bytes];
  blocks_.push_back(result);
  // 加sizeof(char*)是因为blocks_还占用一个指针大小的存储空间
  memory_usage_.fetch_add(block_bytes + sizeof(char*),
                          std::memory_order_relaxed);
  return result;
}

2.2 发现问题

通过阅读Arena源码，在如下场景中会造成内存浪费：

1. 首先，调用AllocateAligned申请512Byte内存，这时会申请一个4K的大内存，余下3.5K的内存可分配；
2. 然后，连续调用AllocateAligned申请512Byte内存6次，最后余下512Byte的内存可分配；
3. 继续申请600Byte内存，这时会新new一块4K的大内存，这时alloc_ptr_和alloc_bytes_remaining_记录这4K新的大内存的空余空间。之前4K中余下的512Byte将被浪费。