一.常见的malloc内存分配原理
1内存分配原理
linux中应用层动态分配内存一般是用的malloc函数，而malloc在glibc中实现时，是用sbrk()来分内存.
在前面的章节中，我们了解到了堆的概念，堆在内存中，是一断连续的内存，并且上往上增长的，而sbrk()的作用是根据指定的size大小，对堆末尾指针进行往上移动或往下移动，从而实现内存的分配与释放。
size>0 分配内存，size<0 释放内存
2常见malloc和free内存管理逻辑
操作系统的堆内存是连续的，而我们释放内存时，只能对堆末尾的内存进行释放，由于先分配的内存并不一定会先释放，因而，通过sbrk()下移来释放内存在实际中存在问题。
在malloc分配内存时，分配长度=header+用户需要的大小size，header是一个链表节点，包含此段内存是否空闲，此段内存大小，下一个内存的指针。
struct header_t{
size_t size;
unsigned int is_free;
struct header_t *next;
}
若我们调用了free函数，先确认要释放的内存是否在堆的末尾，若在堆末尾，直接操作系统释放，若不在末尾就将is_free;标为空闲，下次使用。
而下一次malloc时，先找一下已存在有链表中，是否有空闲的并且大小合适的内存分配，若有，直接使用，若存在的空闲内存不够大，再调用sbrk()进行分配。
二.内存池原理
实际系统中，由于malloc和free分配内存大小或者分配与释放的时机并不确定，加上内存本身而言就是线性结构，因而肯定会存在正在使用的内存之间有一些内存空闲，但使用不了，这种小的空闲的内存，叫做内存碎片，随着系统分配和释放的频繁，内存碎片会越来越多。
为了减少内存碎片的产生，本节描述了常见解决内碎片的方法，也就是内存池。下面介绍常见的内存池（Apache）的结构。
(1)内存单元结点
struct apr_memnode_t {
apr_memnode_t*next; /**< next：指向下一个结点的指针； */
apr_memnode_t**ref; /**< 本结点自身 */
apr_uint32_t index; /**< 结点的大小 */
apr_uint32_t free_index; /**< 内存块中未被占用的空间 */
char *first_avail; /**< 可用空间开始位置的指 */
char *endp; /**< 可用空间结尾位置的指针 */
};
(2)空闲内存管理结点
struct apr_allocator_t {
apr_uint32_t max_index; //free指针数组的最大内存块链表下标
apr_uint32_t max_free_index; //内存分配器所能容纳的最大内存空间数值
apr_uint32_t current_free_index; //内存分配器中还能接收的空间大小
apr_pool_t *owner; //属于哪个内存池
apr_memnode_t *free[MAX_INDEX]; //指向一组链表的头结点, MAX_INDEX为20
};
(3)内存池结点
struct apr_pool_t {
……
apr_allocator_t *allocator; //空闲内存管理
apr_memnode_t *active;//正在使用的内存链表
……
};
内存池由上述(1)、(2)、(3)三个节点所构成，下面讲述一下原理。
如上图所示，首先内存池结点有两个主要成员，一个是空闲内存管理节点allocator。另外一个是active链表。
allocator可以理解成此内存池剩余的空间，而active表示此内存池正在运行的空间。
1.active:由上图可以知道active是由apr_memnode_t结构体组成的链表，当用户要分配内存时，比如分配内存的大小是size,内存池实际会分配total_size = sizeof(apr_memnode_t)+size,total_size为结构体加上用户需要使用的内存大小。若其中在分配内存时结构体中的index可以取值为0-20，MAX_INDEX为20. 分配内存时，最小分配内存为8K（对应该index=1），超过8K后会以4K为单位累计分配内存，malloc_size = （index-1)*4K+8K （1 <= index <= 20）,因而分配内存的取值最小8K，最大84K,粒度为4K。
若要分配的内存大于84K时，对应的index取值为0。 total_size在哪一个区间，就会对应的分配多少内存从而锁定出对应的index。
2.allocator:由上图可以知道allocator对应apr_allocator_t管理器，其中free是一个数组链表，free的下标的索引就是对应的index，apr_allocator_t管理器是管理空闲内存的，也就是暂时没有使用的内存，根据index可以将空闲的内存放在对应free[index]的所在链表中，从而实现了空闲内存的管理。
3.用户要分配内存，首先可以确认分配内存的index, 然后在allocator管理器查看有没空闲内存，若存在空闲内存，则将空闲的apr_memnode_t 内存节点放在active链表，若没有空闲内存，则从系统中malloc内存。
同样用户释放内存，可以将apr_memnode_t 内存节点从active链表改到allocator管理器上并将内存结点置为空闲。
4.那什么时候将内存返还给系统呢？
(1).整个内存池注销时，所有的内存会一次性全部返还free给系统。
(2).另外需要分配的内存大于apr_allocator_t ->max_free_index时，管理器会在此块内存使用完后，直接还给系统，而不放allocator管理器。
另外基础篇06-基础篇-缓存与内存泄露讨论的环形缓存也是一种减少内存碎片的办法，内存碎片的解决，实际上就是减少频繁的malloc和free。
