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??內(nèi)存池

內(nèi)存池提供了內(nèi)存的復(fù)用和持久的存儲功能。設(shè)想一個場景，當(dāng)你分配了一塊大內(nèi)存并且填寫了內(nèi)容，但是你又不是經(jīng)常去訪問這塊內(nèi)存。這樣的內(nèi)存利用率將不高，而且無法復(fù)用。而如果是采用內(nèi)存池則可以很輕松解決這個問題：你只需要從內(nèi)存池中申請這塊內(nèi)存，設(shè)置完內(nèi)容后當(dāng)不需要用時你可以將這塊內(nèi)存放入內(nèi)存池中，供其他地方在申請時進行復(fù)用，而當(dāng)你再次需要時則只需要重新申請即可。內(nèi)存池提供了內(nèi)存分配編號而且設(shè)置臟標(biāo)志的概念，當(dāng)你把分配的內(nèi)存放入內(nèi)存池并設(shè)置臟標(biāo)志后，系統(tǒng)就會在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⑦@塊內(nèi)存的內(nèi)容寫回到磁盤，這樣當(dāng)你再次根據(jù)內(nèi)存編號來訪問內(nèi)存時，系統(tǒng)就又會從磁盤中將內(nèi)容讀取到內(nèi)存中去。

功能：在iOS中提供了一套內(nèi)存池管理的API，你可以用這套API來實現(xiàn)上述的功能，而且系統(tǒng)內(nèi)部很多功能也是借助內(nèi)存池來實現(xiàn)內(nèi)存復(fù)用和磁盤存儲的。
頭文件: #include <mpool.h>, #include <db.h>
平臺: BSD系統(tǒng)，linux系統(tǒng)

一、內(nèi)存池的創(chuàng)建、同步和關(guān)閉

功能:創(chuàng)建和關(guān)閉一個內(nèi)存池對象并和磁盤文件綁定以便進行同步操作。
函數(shù)簽名：

//創(chuàng)建一個內(nèi)存池對象
 MPOOL * mpool_open(void *key, int fd, pgno_t pagesize, pgno_t maxcache);

//將內(nèi)存池中的臟數(shù)據(jù)同步寫回到磁盤文件中
int mpool_sync(MPOOL *mp);

//關(guān)閉和銷毀內(nèi)存池對象。
int mpool_close(MPOOL *mp);

參數(shù)：
key:[in] 保留字段，暫時沒有用處，傳遞NULL即可。
fd:[in] 內(nèi)存池關(guān)聯(lián)的磁盤文件句柄，文件句柄需要用open函數(shù)來打開。
pagesize:[in] 內(nèi)存池中每次申請和分配的內(nèi)存的尺寸大小，單位是字節(jié)。
maxcache:[in] 內(nèi)存池中內(nèi)存頁的最大緩存數(shù)量。如果池中緩存的內(nèi)存數(shù)量超過了最大緩存的數(shù)量就會復(fù)用已經(jīng)存在的內(nèi)存，而不是每次都分配新的內(nèi)存。
return:[out] 返回一個新創(chuàng)建的內(nèi)存池對象，其他兩個函數(shù)成功返回0，失敗返回非0.

描述：

1. 內(nèi)存池中的內(nèi)存的分配和獲取是以頁為單位進行的，每次分配的頁的尺寸大小由pagesize指定，同時內(nèi)存池也指定了最大的緩存頁數(shù)量maxcache。每次從內(nèi)存池中分配一頁內(nèi)存時，除了會返回分配的內(nèi)存地址外，還會返回這一頁內(nèi)存的編號。這個編號對于內(nèi)存池中的內(nèi)存頁來說是唯一的。因為內(nèi)存池中的內(nèi)存是可以被復(fù)用的，因此就有可能是不同的編號的內(nèi)存頁所得到的內(nèi)存地址是相同的。

2. 每一個內(nèi)存池對象都會要和一個文件關(guān)聯(lián)起來，以便能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存數(shù)據(jù)的永久存儲和內(nèi)存的復(fù)用。文件句柄必須用open函數(shù)來打開，比如下面的例子：

 int fd = open("/Users/apple/mpool", O_RDWR|O_APPEND|O_CREAT,0660);

3. 當(dāng)我們不需要使用某個內(nèi)存頁時或者內(nèi)存頁的內(nèi)容有改動則我們需要將這個內(nèi)存頁放入回內(nèi)存池中，并將頁標(biāo)志為臟(DIRTY)。這樣系統(tǒng)就會在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⒋藘?nèi)存頁的數(shù)據(jù)寫回到磁盤文件中，同時此內(nèi)存頁也會在后續(xù)被重復(fù)利用。

4. 當(dāng)我們想將所有設(shè)置為臟標(biāo)志的內(nèi)存頁立即寫入磁盤時則需要調(diào)用mpool_sync函數(shù)進行同步處理。

5. 當(dāng)我們不再需要內(nèi)存池時，則可以通過mpool_close來關(guān)閉內(nèi)存池對象，需要注意的是關(guān)閉內(nèi)存池并不會將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)回寫到磁盤中去。

二、內(nèi)存池中內(nèi)存的獲取

功能： 從內(nèi)存池中申請分配一頁新的內(nèi)存或者獲取現(xiàn)有緩存中的內(nèi)存。
函數(shù)簽名:

//從內(nèi)存池中申請分配一頁新的內(nèi)存
void *  mpool_new(MPOOL *mp, pgno_t *pgnoaddr);
//根據(jù)內(nèi)存編號頁獲取對應(yīng)的內(nèi)存。
void * mpool_get(MPOOL *mp, pgno_t pgno, u_int flags);

參數(shù):
mp:[in] 內(nèi)存池對象。
pgnoaddr:[out] 用于mpool_new函數(shù)，用于保存新分配的內(nèi)存頁編號。
pngno:[in] 用于mpool_get函數(shù)，指定要獲取的內(nèi)存頁的編號。
flags:[in] 此參數(shù)暫時無用。
return:[out] 返回分配或者獲取的內(nèi)存地址。如果分配或者獲取失敗則返回NULL。
描述:

1. 無論是new還是get每次從內(nèi)存池里面分配或者獲取的內(nèi)存頁的大小都是由上述mpool_open函數(shù)中的pagesize參數(shù)指定的大小。
2. 系統(tǒng)內(nèi)部分配的內(nèi)存是用calloc函數(shù)實現(xiàn)的，但是我們不需要手動調(diào)用free來對內(nèi)存進行釋放處理。
3. 每個內(nèi)存頁都有一個唯一的頁編號，而且每次分配的頁編號也會一直遞增下去。
4. mpool_new函數(shù)申請分配新的內(nèi)存時，如果當(dāng)前緩存中的內(nèi)存頁小于maxcache數(shù)量則總是分配新的內(nèi)存，只有當(dāng)緩存數(shù)量大于maxcache時才會從現(xiàn)有的緩存中尋找一頁可以被重復(fù)利用的內(nèi)存頁，如果沒有可以重復(fù)利用的頁面，則會繼續(xù)分配新的內(nèi)存頁。
5. mpool_get函數(shù)則根據(jù)內(nèi)存頁的編號獲取對應(yīng)的內(nèi)存頁。如果編號不存在則返回NULL。需要注意的是一般在獲取了某一頁內(nèi)存后，不要進行重復(fù)獲取操作，否則在DEBUG狀態(tài)下會返回異常。另外一個情況是有可能相同的頁編號下兩次獲取的內(nèi)存地址是不一樣的，因為系統(tǒng)實現(xiàn)內(nèi)部有內(nèi)存復(fù)用的機制。

三、內(nèi)存池中內(nèi)存的放回

功能：將分配或者申請的內(nèi)存頁放回到內(nèi)存池中去，以便進行重復(fù)利用。
函數(shù)簽名:

int  mpool_put(MPOOL *mp, void *pgaddr, u_int flags);

參數(shù):
mp: [in] 內(nèi)存池對象。
pgaddr:[in] 要放入緩存的內(nèi)存頁地址。這個地址由mpool_get/new兩個函數(shù)返回。
flags:[in] 放回的屬性，一般設(shè)置為0或者MPOOL_DIRTY。
return:[in] 函數(shù)調(diào)用成功返回0，失敗返回非0

描述：

1. 這個函數(shù)用來將內(nèi)存頁放入回內(nèi)存池緩存中，以便對內(nèi)存進行重復(fù)利用。當(dāng)將某個內(nèi)存地址放入回緩存后，將不能再次訪問這個內(nèi)存地址了。如果要想繼續(xù)訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)則需要借助上述的mpool_get/new函數(shù)來重新獲取。
2. flags:屬性如果指定為0時，表明放棄這次內(nèi)存中的內(nèi)容的修改，系統(tǒng)不會將內(nèi)存中的內(nèi)容寫入到磁盤中，而只是將內(nèi)存放入緩存中供其他地方重復(fù)使用。而如果設(shè)置為MPOOL_DIRTY時，則表明將這頁內(nèi)存中的數(shù)據(jù)設(shè)置為臟標(biāo)志，除了同樣將內(nèi)存放入緩存中重復(fù)利用外，則會在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)?nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入到磁盤中，以便下次進行讀取。

四、內(nèi)存池磁盤讀寫通知

功能：注冊回調(diào)函數(shù)，當(dāng)某頁內(nèi)存要寫回到磁盤或者要從磁盤中讀取時就會調(diào)用指定的回調(diào)函數(shù)。
函數(shù)簽名:

void mpool_filter(MPOOL *mp, void (*pgin)(void *, pgno_t, void *),
         void (*pgout)(void *, pgno_t, void *), void *pgcookie);

參數(shù):
mp:[in] 內(nèi)存池對象.
pgin: [in]: 回調(diào)函數(shù)，當(dāng)某個內(nèi)存頁的數(shù)據(jù)需要從磁盤讀取時，會在讀取完成后調(diào)用這個回調(diào)函數(shù)。
pgout:[in]: 回調(diào)函數(shù)，當(dāng)某個內(nèi)存頁的數(shù)據(jù)要到磁盤時，會在寫入完成后調(diào)用這個回調(diào)函數(shù)。
pgcookie: [in] 上述兩個回調(diào)函數(shù)的附加參數(shù)。
描述：
因為內(nèi)存池中的內(nèi)存頁會進行復(fù)用，以及會在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)?nèi)容同步到磁盤中，或者從磁盤中將內(nèi)容讀取到內(nèi)存中，因此可以借助這個函數(shù)來監(jiān)控這些磁盤文件和內(nèi)存之間的讀寫操作。pgin和pgout函數(shù)的格式定義如下：

//pgin和pgout回調(diào)函數(shù)的格式。
//pgcookie：是mpool_filter函數(shù)中傳入的參數(shù)。
//pgno: 要進行讀寫的內(nèi)存頁編號
//pageaddr: 要進行讀寫的內(nèi)存地址。
void (*pgcallback)(void *pgcookie, pgno_t pgno, void *pageaddr);

五、實例代碼

#include <mpool.h>
#include <db.h>

 //創(chuàng)建并打開一個文件。
 int fd = open("/Users/apple/mpool", O_RDWR|O_APPEND|O_CREAT,0660);

//創(chuàng)建一個內(nèi)存池對象，每頁的內(nèi)存100個字節(jié)，最大的緩存數(shù)量為4
 MPOOL *pool = mpool_open(NULL, fd, 100, 4);

   
//從內(nèi)存池中分配一個新的內(nèi)存頁，這里對返回的內(nèi)存填寫數(shù)據(jù)。
 pgno_t pidx1, pidx2 = 0;
 char *mem1 =  (char*)mpool_new(pool, &pidx1);
 memcpy(mem1, "aaa", 4);
    
 char *mem2 = (char*)mpool_new(pool, &pidx2);
 memcpy(mem2, "bbb", 4);
    
//將分配的內(nèi)存mem1放回內(nèi)存池中，但是內(nèi)容不保存到磁盤
 mpool_put(pool, mem1, 0);
//將分配的內(nèi)存mem2放回內(nèi)存池中，但是內(nèi)容保存到磁盤。
 mpool_put(pool, mem2, MPOOL_DIRTY);
    
//經(jīng)過上面的操作后mem1,mem2將不能繼續(xù)再訪問了，需要訪問時需要再次調(diào)用mpool_get。   
mem1 = (char*)mpool_get(pool, pidx1, 0);
mem2 =   (char*)mpool_get(pool, pidx2, 0);

//上面的mem1和mem2可能和前面的new返回的地址是不一樣的。因此在內(nèi)存池中不能通過地址來做唯一比較，而應(yīng)該將編號來進行比較。
       
//將所有設(shè)置為臟標(biāo)志的內(nèi)存也寫回到磁盤中去。
 mpool_sync(pool);

 mpool_close(pool);  //關(guān)閉內(nèi)存池。

 close(fd);  //關(guān)閉文件。

內(nèi)存池為iOS系統(tǒng)底層開發(fā)提供了一個非常重要的能力，我們可以好好利用內(nèi)存池來對內(nèi)存進行管理，以及一些需要進行持久化的數(shù)據(jù)也可以借助內(nèi)存池來進行保存，通過內(nèi)存池提高內(nèi)存的重復(fù)利用率。

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