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c++ - 我想制作自己的 Malloc

coder 2023-11-13 原文

我想制作自己的 malloc/free，这样我就可以制作一个精确的复制分配器。

有哪位大师有什么提示和建议吗？

我现在有几个问题:

  1. 我是否应该只 malloc 大块内存，然后从中分配内存，这样我就不必调用系统调用？
  2. 抄袭收藏家通常是如何完成的？我想这部分要有效地完成有点复杂。我天真的实现只是 malloc 剩余对象大小的 block ，这将需要 2 倍的空间。

最佳答案

有很多关于实现 malloc 和类似事物的优秀文献。但我注意到您在此处包含了 C++——您是否知道可以使用 C++ 编写您自己的 new 和 delete 实现？这可能有助于轻松完成此操作。

无论如何，您想要的特性在很大程度上取决于您的工作量，即随时间推移的使用模式。如果您只有 mallocs 和 new frees，那显然很容易。如果您只有一种或几种不同 block 大小的 malloc，那也很简单。

在其他语言中，您可以通过将内存链接在一起来获得一些优势，但 C 就没那么聪明了。

malloc 的基本实现只是简单地分配一个包含数据长度的 header 、一个“使用中标志”和分配的内存。 Malloc 然后在其空间的末尾构造一个新的 header ，分配内存，并返回一个指针。当您释放时，它只会重置正在使用的标志。

诀窍在于，当您执行大量 mallooc 和 free 时，您可以快速获得大量未使用但难以分配的小 blob。所以你需要某种 bumpo gc 来合并内存块。

您可以进行更复杂的 gc，但请记住这需要时间；您不希望空闲时间占用大量时间。

有一个 nice paper在 Solaris malloc 实现上，您可能会感兴趣。这是另一个 on building an alternative malloc ，同样在 Solaris 中，但基本原理是相同的。你应该阅读 Wikipedia article关于垃圾收集，并跟随它到一些更正式的论文。

更新

你知道，你真的应该看看分代垃圾收集器。基本思想是，某些东西保持分配的时间越长，它就越有可能保持分配。这是您提到的“复制”GC 的扩展。基本上，你在内存池的一部分分配新的东西，称之为 g0。当你达到高水位线时，你查看分配的 block 并将仍在使用的 block 复制到内存的另一部分，称之为 g1，然后你可以清除 g0 空间并开始在那里分配。最终 g1 达到它的高水位线，你通过清除 g0 来修复它，并清理 g1 将东西移动到 g0，当你完成后，你将旧的 g1 重命名为 g0，反之亦然，然后继续。

诀窍在于，尤其是在 C 语言中，您分配给 malloc 内存的句柄是直接的原始指针；没有一些大药，你真的无法移动东西。

第二次更新

在评论中，@unknown 问道“移动东西不就是一个 memcpy()”吗？确实如此。但考虑一下这个时间表:

警告:此内容不完整，未经测试，仅供说明，仅供娱乐，不提供明示或暗示的保证

/* basic environment for illustration*/
void * myMemoryHdl ;
unsigned char lotsOfMemory[LOTS]; /* this will be your memory pool*/

分配一些内存

/* if we get past this, it succeded */
if((myMemoryHdl = newMalloc(SIZE)) == NULL)
    exit(-1);

在您的 malloc 实现中，您创建内存并返回指向缓冲区的指针。

unsigned char * nextUnusued = &lotsOfMemory[0];
int partitionSize = (int)(LOTS/2);
int hwm = (int) (partition/2);
/* So g0 will be the bottom half and g1 the top half to start */
unsigned char * g0 = &lotsOfMemory[0];
unsigned char * g1 = &lotsOfMemory[partitionSize];


void * newMalloc(size_t size){
   void * rtn ;
   if( /* memory COMPLETELY exhausted */)
      return NULL;
   /* otherwise */
   /* add header at nextUnused */
   newHeader(nextUnused);     /* includes some pointers for chaining
                               * and a field with values USED or FREE, 
                               * set to USED */
   nextUnused += HEADERLEN ;  /* this could be niftier */
   rtn = nextUnused ;
   nextUnused += size ;
}

一些东西被释放

  newFree(void * aHandle){
     *(aHandle-offset) = FREE ; /* set the flag in the header, 
                                 * using an offset. */
  }

因此，现在您完成了所有工作并达到了最高水位线。

 for( /* each block in your memory pool */ )
    if( /* block header is still marked USED */ ) {
        memcpy(/* block into other partition */);
    }
 /* clear the partition */
 bzero(g0, partitionSize);

现在，返回到您保存在 myMemHdl 中的原始句柄。它指的是什么？ (回答，您只需使用 bzero(3) 将其设置为 0x00。)

这就是魔术的用武之地。至少在 C 中，您从 malloc 返回的指针不再受您的控制——事后您无法移动它。在 C++ 中，使用用户定义的类指针类型，您可以解决这个问题。

关于c++ - 我想制作自己的 Malloc，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/732617/

ampMalloccodesectionc++cgarbage-collection

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