多線程的記憶體 Clerkmt_alloc

A fixed-size, multi-thread optimized allocator

原文URL：http://list.cs.brown.edu/people/jwicks/libstdc++/html/ext/mt_allocator.html 簡介

mt allocator是一個固定大小（2的冪）記憶體的分配器，最初是為多線程應用程式（以下簡稱為MT程式）設計的。經過多年的改進，現在它在單線程應用程式（以下簡稱為ST程式）裡也有出色的表現了。

本文的目的是從應用程式的角度描述mt allocator的“內幕”。   總體設計

mt allocator有3個組成部分：描述記憶體池特徵的參數，把記憶體池關聯到通用或專用方案的policy類，和從policy類繼承來的實際的記憶體 Clerk類。

描述記憶體池特徵的參數是：

template<bool _Thread>

     class __pool

這個類表示是否支援線程，然後對多線程（bool==true）和單線程（bool==false）情況進行顯式特化。可以用定製的參數來替代這個類。

對於policy類，至少有2種不同的風格，每種都可以和上面不同的記憶體池參數單獨搭配：第一個策略，__common_pool_policy，實現了一個通用記憶體池，即使分配的物件類型不同，比如char和long，也使用同一個的記憶體池。這是預設的策略。 template < bool  _Thread >
     struct  __common_pool_policy

  template < typename _Tp,  bool  _Thread >
     struct  __per_type_pool_policy

 第二個策略，__per_type_pool_policy，對每個物件類型都實現了一個單獨的記憶體池，於是char和long會使用不同的記憶體池。這樣可以對某些類型進行單獨調整。

把上面這些放到一起，我們就得到了實際的記憶體 Clerk： template < typename _Tp, typename _Poolp  =  __default_policy >
     class  __mt_alloc :  public  __mt_alloc_base < _Tp > ,  _Poolp

這個類有標準庫要求的介面，比如allocate和deallocate函數等。  可調參數

有些配置參數可以修改，或調整。有一個嵌套類：包含了所有可調的參數，即： struct  __pool_base::_Tune

 

l  位元組對齊

l  多少位元組以上的記憶體直接用new分配

l  可分配的最小的記憶體塊大小

l  每次從OS申請的記憶體塊的大小

l  可支援的最多線程數目

l  單個線程能儲存的空閑塊的百分比（超過的空閑塊會歸還給全域空閑鏈表）

l  是否直接使用new和delete

對這些參數的調整必須在任何記憶體配置動作之前，即記憶體 Clerk初始化的時候，比如： 

#include  < ext / mt_allocator.h >

struct  pod
{
  int i;
  int j;
} ;

int  main()
{
  typedef pod value_type;
  typedef __gnu_cxx::__mt_alloc<value_type> allocator_type;
  typedef __gnu_cxx::__pool_base::_Tune tune_type;

  tune_type t_default;
  tune_type t_opt(16, 5120, 32, 5120, 20, 10, false);
  tune_type t_single(16, 5120, 32, 5120, 1, 10, false);

  tune_type t;
  t = allocator_type::_M_get_options();  
  allocator_type::_M_set_options(t_opt);
  t = allocator_type::_M_get_options();  

  allocator_type a;
  allocator_type::pointer p1 = a.allocate(128);
  allocator_type::pointer p2 = a.allocate(5128);

  a.deallocate(p1, 128);
  a.deallocate(p2, 5128);

  return 0;
}

初始化

靜態變數（記憶體鏈表的指標，控制參數等）的初始化為預設的值，比如：  template < typename _Tp >  size_t
__mt_alloc < _Tp > ::_S_freelist_headroom  =   10 ;

首次調用allocate()時，也會調用_S_init()函數。為了保證在MT程式裡它只被調用一次，我們使用了__gthread_once（參數是_S_once_mt和_S_init）函數；在ST程式裡則檢查靜態bool變數_S_initialized。

_S_init()函數：如果設定了GLIBCXX_FORCE_NEW環境變數，它會把_S_force_new設定成true，這樣allocate()就直接用new來申請記憶體，deallocate()用delete來釋放記憶體。

如果沒有設定GLIBCXX_FORCE_NEW，ST和MT程式都會：

1）計算bin的個數。bin是指2的指數位元組的記憶體集合。預設情況下，mt allocator只處理128位元組以內的小記憶體配置（或者通過在