01
内存分配器概述
为什么需要内存池？malloc/free的痛点、内存碎片问题、性能瓶颈分析。
基础动机
02
内存池核心概念
内存池的定义、内存块(Block)与内存单元(Chunk)、分配与释放的基本流程。
核心抽象
03
固定大小内存池设计
Chunk大小固定、空闲链表(Free List)实现、分配与释放O(1)算法。
经典O(1)
04
可变大小内存池设计
伙伴算法(Buddy System)原理、伙伴算法的分配与合并、位图管理。
伙伴算法位图
05
Slab分配器原理
Slab、Cache、Object三层结构、着色(Coloring)技术、Linux Slab分配器借鉴。
Slab着色
06
线程安全内存池
互斥锁(Mutex)保护、读写锁优化、无锁(Lock-Free)队列实现。
并发无锁
07
线程本地缓存(TLS)
Thread Local Storage原理、每个线程独立缓存、减少锁竞争。
TLS性能
08
内存对齐与填充
自然对齐、结构体对齐规则、填充(Padding)技术、避免伪共享(False Sharing)。
对齐伪共享
09
内存池初始化与销毁
预分配策略、按需增长、内存池的销毁与资源回收。
生命周期RAII
10
内存池性能测试
基准测试方法、吞吐量(Throughput)与延迟(Latency)测量、与malloc对比。
benchmark对比
11
内存池调试与诊断
内存泄漏检测、越界访问检测、使用Valgrind与AddressSanitizer。
调试Sanitizer
12
嵌入式系统中的应用
资源受限环境、实时性要求、静态分配策略。
嵌入式实时
13
高性能服务器中的应用
网络服务器、游戏引擎、数据库缓存。
服务器缓存
14
图形学中的应用
帧分配器(Frame Allocator)、双缓冲(Double Buffering)、临时分配。
图形帧分配
15
实时系统中的应用
确定性分配、避免动态内存、优先级继承。
实时确定性
16
内存池与RAII结合
C语言模拟RAII、资源获取即初始化、自动释放。
RAII资源管理
17
内存池与引用计数
智能指针模拟、共享内存管理、循环引用问题。
引用计数智能指针
18
内存池与垃圾回收
标记-清除(Mark-Sweep)、复制(Copying)算法、分代回收。
GC标记清除
19
内存池与虚拟内存
mmap映射、大页(Huge Page)支持、内存超卖。
mmap大页
20
内存池与NUMA架构
NUMA感知分配、本地内存优先、跨节点访问优化。
NUMA亲和性
21
内存池与缓存一致性
Cache Line对齐、预取(Prefetch)指令、写合并(Write Combining)。
Cache预取
22
内存池与DMA
DMA缓冲区要求、物理连续内存、IOMMU映射。
DMAIOMMU
23
内存池与持久内存
NVDIMM支持、持久化语义、事务性更新。
持久内存NVDIMM
24
内存池与安全
ASLR绕过、堆喷射(Heap Spray)防御、内存加密。
安全堆防御
25
内存池与容器
自定义分配器与STL容器、分配器适配器、池化容器。
STL适配器
26
内存池与协程
协程栈分配、协程切换优化、栈复用。
协程栈复用
27
内存池与异步IO
IO完成端口、零拷贝(Zero-Copy)、内存注册。
异步IO零拷贝
28
内存池与序列化
内存映射序列化、零拷贝序列化、版本兼容。
序列化零拷贝
29
内存池与日志系统
环形缓冲区(Ring Buffer)、异步日志、崩溃恢复。
日志环形缓冲
30
内存池综合实战
设计一个高性能通用内存池、支持固定/可变大小、线程安全、性能调优。
实战综合