c - 实现各种大小的结构的基于数组的内存池

Question

我正在使用多个小型临时对象的并发数据结构。这些对象很多都是相同大小的。因此，为了减少对内存分配器的负担，我一直在使用线程本地映射将对象存储为<size, list>元组。

当线程需要对象时，它将在进入分配器之前检查映射中是否有合适的对象。这可以很好地工作并显着提高了性能，但是很容易出现这样的问题:超时一个线程将其整个池丢失给其他线程，从而迫使它分配新对象。如果应用程序运行时间很长，我会发现一些线程具有大的内存池。

为了解决这个问题，我想在线程本地池和分配器之间添加一个共享内存池。由于结构的数量和结构的大小在编译时是恒定的，因此我认为应该以某种方式使用宏将每个大小映射到数组位置。允许更轻松的内存管理。

这是我目前的解决方案

#define RC_OBJECT_COUNT 0
#define ADD_RC_OBJECT(object) \
    #ifndef RC_MAP_``sizeof(object)''
        #define RC_OBJECT_TEMP RC_OBJECT_COUNT \
        #undefine RC_OBJECT_COUNT \
        #define RC_OBJECT_COUNT RC_OBJECT_TEMP+1 \
        #define RC_MAP_``sizeof(object)'' RC_OBJECT_TEMP
    #endif

有没有一种方法可以将对sizeof(object)的调用结果回显到已定义的变量名中？最好没有单独的配置脚本。

Answer 1

我编写的代码的工作方式类似于您在讨论的内容，但是我并未尝试使用预处理器宏。

我的代码只有一个“对象管理器”和一个小的API。我程序中要获取对象的任何部分都调用一个API函数，即“注册函数”，即“我想请求具有以下特征的对象”。 register函数返回一个句柄。然后，有一个函数GetObject()，它将句柄作为参数，并返回一个指向对象的指针。使用对象完成代码后，将使用ReleaseObject()函数获取指向该对象的指针。

对于每个不同的对象，都有一个链接列表，我称之为“就绪列表”。代码总是从列表的开头插入和删除(因为一个未初始化的对象和另一个未初始化的对象一样好；它们的大小都相同)。我的代码是单线程的，所以我没有任何锁定问题，但是对于多线程，我需要在每个就绪列表上加一个锁。 (但是，插入或删除链表的开头非常快，因此没有线程需要很长的锁。)

出于我的目的，程序的不同部分可以共享对象，因此我对每个对象都有一个引用计数。 ReleaseObject()将减少引用计数，当它变为零时，会将对象放在适当的就绪列表中。
GetObject()返回的句柄实际上只是指向链表结构的指针。

在我的代码中，如果存在对GetObject()的调用，并且就绪列表为空，则会自动调用malloc()并创建并返回一个新对象。 register函数需要一个指向要使用malloc()创建对象的函数的指针，一个指向要使用free()释放对象的函数的指针以及一个指向“健全性检查”函数的指针(因为我喜欢我的程序可以在调用assert()的运行时)，以及任何类似对象大小的参数。

如果程序的多个部分注册了他们想要相同类型的对象，则对象管理器会注意到这一点，并只返回第一次调用注册已设置的就绪列表的句柄。现在，他们在一个就绪列表中共享对象。

这听起来可能很复杂，但是我花了很长时间才建立起来，并且效果很好。如果就绪列表上没有对象，则对象管理器知道只是调用存储在就绪列表结构中的函数指针，以获取新对象，然后将其返回。

我在程序中发现的最常见的错误:完成对象后无法调用ReleaseObject()。然后，该程序发生内存泄漏，并频繁调用malloc()，并且在嵌入式平台上内存不足并死亡。通常，很容易注意到这一点，并在ReleaseObject()中添加适当的调用。

编辑:(针对评论中的问题)对象管理器保留了一系列不同的对象管理结构实例。每个结构存储三个函数指针:指向“new”函数的指针，指向“delete”函数的指针，指向“健全性检查”函数的指针；少数在调用"new"函数时传递给它们的值(例如，所需缓冲区的大小)；以及对象链接列表的头部。当代码调用“register”函数时，对象管理器将检查该数组中的任何位置是否具有与“register”相同的值(3个函数指针和少数几个值)。如果找到相同的值，则对象管理器返回一个指向该对象管理器结构实例的指针。如果找不到相同的值，则对象管理器将这些值复制到数组中的下一个可用结构中，并返回指向该结构的指针。

这意味着我的“注册”函数在被管理的各种不同种类的对象中的数量为O(N)，但是对于我的应用程序，只有大约4种不同种类的对象，因此我从未尝试对其进行优化。我的“get”函数是O(1)，因为它具有指向正确的对象管理器结构的指针，并且从链接列表的开头删除是恒定时间操作。

对象管理器结构的数组由malloc()分配，如果注册了其他对象类型，则代码可以调用realloc()来增加内存。

在我的应用程序中，我不需要“取消注册”操作，但是如果有的话，它将涉及释放该就绪列表中的所有对象，并将该对象管理器阵列中的该位置标记为未使用。

我的应用程序是音频处理引擎，它在处理音频时从不希望调用malloc()，因为malloc()可能会决定重新组织空闲块列表或其他内容，并花一些时间，并且音频播放可能会出现故障。在开始播放之前，引擎具有“初始化”阶段，其中代码调用“寄存器”功能，并且所有音频缓冲区都已分配；然后在运行时，缓冲区会飞走并进入准备就绪列表。它确实运行良好，并且我已经在低功耗DSP芯片上运行了它，没有任何问题。