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Project_MakeAMemroyPool

从 malloc 到内存池：手写一个高性能分配器

本项目配套视频教程：内存池实战 - B站

📺 视频教程

# 视频标题 B站链接 状态
1 从内存池是什么出发 📺 ✅
2 malloc咋不行了？（上） 📺 ✅
3 malloc咋不行了？（下） 📺 ✅
4 内存池之从FreeList入手 📺 ✅
5 内存池之CentralPool 📺 ✅
6 内存池之ThreadLocal 📺 ✅
7 内存池之内存池本尊 📺 ✅
8 内存池之benchmark试试味道 📺 ✅
9 内存池之适配标准库（完结撒花） 📺 ✅

📚 学习路线

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   MemoryPool 学习路线                    │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                         │
│  Step 1: 基础概念                                        │
│  ├── 从内存池是什么出发                                 │
│  └── 理解内存池的应用场景                               │
│                                                         │
│  Step 2: 问题分析                                        │
│  ├── malloc咋不行了？（上）                             │
│  ├── malloc咋不行了？（下）                             │
│  └── 理解通用分配器的性能瓶颈                           │
│                                                         │
│  Step 3: 数据结构设计                                    │
│  ├── 内存池之从FreeList入手                             │
│  └── 理解自由列表的设计                                 │
│                                                         │
│  Step 4: 核心组件实现                                    │
│  ├── 内存池之CentralPool                                │
│  ├── 内存池之ThreadLocal                                │
│  └── 内存池之内存池本尊                                 │
│                                                         │
│  Step 5: 性能测试与集成                                  │
│  ├── 内存池之benchmark试试味道                          │
│  └── 内存池之适配标准库（完结撒花）                     │
│                                                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

🗂️ 项目结构

Project_MakeAMemroyPool/
├── MyMemoryPool/              # 内存池实现
│   ├── memory_pool.hpp        # 核心实现（单头文件）
│   ├── memory_pool_config.h   # 配置参数
│   ├── benchmark_config.h     # Benchmark 配置
│   ├── benchmark.cpp          # 性能测试程序
│   ├── notes.md               # 开发笔记
│   └── CMakeLists.txt         # 构建配置
│
├── native_malloc_test/         # 原生 malloc 测试对比
│   ├── frequent_malloc.c      # 频繁分配测试
│   ├── malloc_overhead.c      # 开销测试
│   ├── malloc_vs_pool.c       # 对比测试
│   ├── malloc_multithread.c   # 多线程测试
│   └── analyze_malloc.sh      # 分析脚本
│
└── README.md                  # 本文件

🚀 快速开始

环境要求

  • 编译器: 支持 C++17 的 GCC 8+ / Clang 7+
  • 系统: 推荐使用 WSL 或 Linux
  • 构建工具: CMake 3.10+

构建项目

# 进入内存池目录
cd MyMemoryPool

# 配置构建
cmake -B build -S .

# 编译（使用多线程加速）
cd build
make -j$(nproc)

# 运行 benchmark
./benchmark

运行测试

# 原生 malloc 测试
cd ../native_malloc_test

# 编译测试程序
gcc -o frequent_malloc frequent_malloc.c
gcc -o malloc_vs_pool malloc_vs_pool.c -pthread

# 运行对比测试
./malloc_vs_pool

🏗️ 内存池架构

┌─────────────────────────────────────────────┐
│           Application Code                  │
└─────────────────────────────────────────────┘
                     ↓
┌─────────────────────────────────────────────┐
│            ThreadCache (thread_local)       │
│  每个线程独立的缓存，无锁分配/释放            │
└─────────────────────────────────────────────┘
                     ↓
┌─────────────────────────────────────────────┐
│            CentralPool (全局共享)            │
│  管理多个 Size Class，线程安全                │
└─────────────────────────────────────────────┘
                     ↓
┌─────────────────────────────────────────────┐
│               System Memory                 │
│        ::operator new / delete              │
└─────────────────────────────────────────────┘

Size Classes

档位索引 大小范围 实际分配
0 1-16 16
1 17-32 32
2 33-48 48
3 49-64 64
4 65-80 80
5 81-96 96
6 97-112 112
7 113-128 128

📖 配套文档

📊 性能对比

场景 系统 malloc MemoryPool 加速比
单线程 16B 152 us 45 us ~3.3x
单线程 32B 149 us 43 us ~3.5x
4线程 32B 312 us 44 us ~7.1x

数据来源于 benchmark.cpp，实际结果因硬件而异

👨‍💻 作者

📄 许可证

本项目采用 MIT 许可证 - 详见 LICENSE 文件