[知乎回答] 如何设计内存池？

知乎问题：

内存池的优点就是可以减少内存碎片，分配内存更快，可以避免内存泄露等优点。那我们如何去设计一个内存池呢？能不能给个你的大致思考过程或者步骤，比如，首先要设计一个内存分配节点（最小单元），再设计几个内存分配器（函数），等等。不是太清晰。望大神指点。

1. 内存池
2. 内存池要点
3. 内存池泄漏问题
- 3.1. 原理
- 3.2. 泄漏 demo
4. 参考

1. 内存池

redis 在 Linux 上有三种内存池选择：

glibc 上的 ptmalloc（ptmalloc 文档）。
谷歌的 tcmalloc。
jemalloc。

可以先参考一下这三个内存池，找一个感兴趣的内存池源码进行阅读。

轻量级的也可以参考 nginx 的内存池：ngx_pool_t，但是它的内存回收管理比较弱。

nginx 内存池

设计图来源：《nginx 内存池结构图》

2. 内存池要点

除了考虑从大块内存上高效地将小内存划分出去，还要注意内存碎片问题。
当回收内存时要注意是否需要将相邻的空闲内存块进行合并管理。
当内存池的空闲内存到达一定的阈值时，要合理地返还系统。

3. 内存池泄漏问题

3.1. 原理

为什么不建议自己写内存池呢？

因为自己曾经遇到过一个棘手的内存泄漏问题，幸运的是当时项目增加的代码量不多，也花了不少精力，才定位在 Linux libc 库里面的 ptmalloc 出现”泄漏“。

主要是它向内核申请了大量内存，但是并不返还系统，原因：申请的都是小内存（<=128k），它都是通过 brk 申请的，ptmalloc 通过 brk 申请的内存，返还系统有个特点：必须是紧挨着当前 brk 申请的空闲内存块的内存空间，它被用户释放了，后面紧挨着的其它空闲内存才会被返还系统。

看下图，只要 n2 这块小内存用户不释放，其它节点内存释放了，也不给返还系统。

所以程序在 Linux 上分配内存，需要避免分阶段分配内存，就是后面分配的内存如果一直不释放，前面申请的内存即便释放了，底层可能不给你返还系统，出现”泄漏”的问题。

如果搞不清楚这些，那些搞个内存池项目，内存资源长期驻留的就更危险了。

3.2. 泄漏 demo

有兴趣的朋友可以在 Linux 上跑一下下面代码。

观察程序运行的结果。
然后屏蔽掉 addr 的内存申请看看。
或者一行一行开启注释掉的两行源码。
又或者调换这两行源码顺序。

/* test_memory.c
 * gcc -g -O0 -W test_memory.c -o tm123 && ./tm123 */

#include <malloc.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

#define BLOCK_CNT (256 * 1024)
#define BLOCK_SIZE (4 * 1024)

int main() {
    int i;
    char *addr, *blks[BLOCK_CNT];

    for (i = 0; i < BLOCK_CNT; i++) {
        blks[i] = (char *)malloc(BLOCK_SIZE * sizeof(char));
    }

    addr = (char *)malloc(2 * sizeof(char));

    for (i = 0; i < BLOCK_CNT; i++) {
        free(blks[i]);
    }

    // free(addr);
    // malloc_trim(0);

    malloc_stats();
    for (;;) {
        sleep(1);
    }

    return 0;
}