最近面試c++的時候，被問到c++內存管理模型，沒用過。回來看了下《STL源碼解析》，這裏簡單總結下，不涉及具體實現。感興趣同學可以下載電子書自己看下。
SGI版本的空間適配器設計哲學：
- 向system heap 要求空間。
- 考慮多線程狀態。
- 考慮內存不足時的應變措施。
- 考慮過多“小型區塊”可能造成的內存碎片（fragment）問題。
考慮到小型區塊可能造成的內存碎片問題，SGI設計了雙層級配置器，第一級配置器直接使用malloc()和free()，第二級配置器則視情況採用不用的策略：當配置區塊超過128字節時，視之爲"足夠大"，便調用第一級配置器；當配置區塊小於128字節時，視之爲“過小”，爲了降低額外負擔，便採用複雜的內存池整理方式，而不再求助於第一級配置器。
一、二級配置器的關係，接口包裝如下圖：
第一級配置器以malloc(), free(), realloc()等C函數執行實際的內存配置、釋放、重配置操作。
第二級配置器多了一些機制，避免太多小額區塊造成內存的碎片。小額區塊帶來的其實不僅是內存碎片，配置時的額外負擔也是一個大問題。額外負擔永遠無法避免，但是區塊愈小，額外負擔所佔的比例就愈大，愈顯得浪費。這裏的額外負擔指的是分配的內存需要一段信息保存內存的大小、下一個節點指針等額外信息。
SGI第二級配置器的做法是，如果區塊夠大，超過128字節時，就移交第一級配置器處理。當區塊小於128字節時，則以內存池管理，此法又稱爲次層配置：每次配置一大塊內存，並維護對應之自由鏈表(free-list)。下次若再有相同大小的內存需求，就直接從free-lists中拔出。如果客戶端釋放小額區塊，就由配置器回收到free-lists中。爲了方便管理，SGI第二級配置器會主動將任何小額區塊的內存需求量上調至8的倍數，並維護16個free-lists，各自管理大小爲8，16，24，32....128的小額區塊。邏輯圖如下：
分配內存首先判斷區塊大小，大於128字節就直接調用第一級配置器，小於128字節就檢查對應的自由鏈表free-lists。如果自由鏈表中有可用的區塊，就直接拿來使用，如果沒有可用區塊，則需要重新填充空間。釋放的時候，首先判斷區塊大小，大於128字節就調用第一級配置器，小於128就找出對應的自由鏈表，將區塊回收。
當發現自由鏈表中沒有可用區塊了時，需要爲自由鏈表重新填充空間。新的空間將取自內存池。缺省取得20個新節點，但萬一內存池空間不足，獲得節點數可能小於20。內存池如果水量充足，則直接分配20個區塊給free-list 。如果水量不足20個，但超過1個以上，就撥出這不足20個區塊的空間出去。如果內存池連一個區塊空間都無法供應，此時需要利用malloc()從heap中配置內存，爲內存池注入活水以應付需求。新水量的大小爲需求量的兩倍，再加上一個隨着配置次數增加而愈來愈大的附加量。
萬一山窮水盡，整個system heap空間不夠了，malloc行動失敗，則四處查找有無“尚有未用區塊，且區塊夠大”的free list，找到了就挖一塊，找不到就調用第一級配置器。第一級配置器其實也是使用malloc來配置內存，但它有out-of-memory處理機制，或許有機會釋放其它的內存拿來此處使用，如果可以，就成功，否則發出bad_alloc異常。
以上就是整個第二級空間配置器的設計。
總結來說：第一級負責分配大內存，直接使用malloc，第二級使用內存池加上自由鏈表來分配。
參考資料：
1. 《STL源碼剖析》侯捷
=============================================================================================
Linux應用程序、內核、驅動、後臺開發交流討論羣(745510310)，感興趣的同學可以加羣討論、交流、資料查找等，前進的道路上，你不是一個人奧^_^。