让程序轻松逾越堆与共享内存的阻碍，轻松实现零拷贝IPC
什么是级联内存池？
如何让程序轻松逾越堆与共享内存的阻碍？
如何轻松实现零拷贝IPC？
本文给你带来不一样的程序设计视线
以前的文章中，码哥介绍过利用内存池有哪些长处，咱们列举如下：
- 集中开释，便于编码逻辑，集中开释缩小空洞
- 特定的调配开释算法及池构造，能够借助指令预取及cache命中来晋升性能
- 提早开释闲置内存块，通过晋升复用率来晋升调配效率
因而，本文不再赘述下面的局部。
这篇文章咱们介绍一种级联构造内存池，该内存池的实现能够参考：Github: Melon库
池构造的模型大抵如下：
------------- | 父池 | ------------- | | ----------- --------- | 子池1 | | 子池2 | ----------- --------- | | .... -------- -------- | 孙池1 | | 孙池2 | -------- --------这种构造是什么意思呢？
子池所应用的内存及其所能调配的内存均来自于父池。故此，孙池的内存也是由其依赖的子池而来的。
在Melon库的内存池组件中，内存的起源有三处：
- 堆内存（或者匿名映射区），即malloc库所提供
- 共享内存（次要是用于奴才过程间的共享，因而是mmap的匿名映射区共享）
- 其余内存池治理的内存
咱们先来看一个简略的内存池应用的例子：
示例一，Melon惯例内存池应用举例
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include "mln_core.h"#include "mln_log.h"#include "mln_alloc.h"int main(int argc, char *argv[]){ char *p; mln_alloc_t *pool; struct mln_core_attr cattr; /* libmelon init begin*/ cattr.argc = argc; cattr.argv = argv; cattr.global_init = NULL; cattr.master_process = NULL; cattr.worker_process = NULL; if (mln_core_init(&cattr) < 0) { fprintf(stderr, "init failed\n"); return -1; } /* libmelon init end */ pool = mln_alloc_init(NULL); if (pool == NULL) { mln_log(error, "pool init failed\n"); return -1; } p = (char *)mln_alloc_m(pool, 6); if (p == NULL) { mln_log(error, "alloc failed\n"); return -1; } memcpy(p, "hello", 5); p[5] = 0; mln_log(debug, "%s\n", p); mln_alloc_destroy(pool); return 0;}在这个例子中，咱们创立了一个堆内存池，并且利用该内存池调配了6个字节的内存区用于写入"hello"字符串。
这个例子很惯例，与很多常见开源软件中的用法相似（例如nginx）。
上面看一个级联应用的例子：
示例二，堆级联内存池
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include "mln_core.h"#include "mln_log.h"#include "mln_alloc.h"int main(int argc, char *argv[]){ char *p; mln_alloc_t *pool, *parent; struct mln_core_attr cattr; /* libmelon init begin*/ cattr.argc = argc; cattr.argv = argv; cattr.global_init = NULL; cattr.master_process = NULL; cattr.worker_process = NULL; if (mln_core_init(&cattr) < 0) { fprintf(stderr, "init failed\n"); return -1; } /* libmelon init end */ parent = mln_alloc_init(NULL); if (parent == NULL) { mln_log(error, "parent pool init failed\n"); return -1; } pool = mln_alloc_init(parent); if (pool == NULL) { mln_log(error, "pool init failed\n"); return -1; } p = (char *)mln_alloc_m(pool, 6); if (p == NULL) { mln_log(error, "alloc failed\n"); return -1; } memcpy(p, "hello", 5); p[5] = 0; mln_log(debug, "%s\n", p); mln_alloc_destroy(parent); return 0;}能够看到，咱们先从堆内存上创立了一个内存池名为parent，而后将其作为内存池pool的下层父池。在pool池创立后，咱们从pool中调配一个6字节内存区，并写入hello字符串。
此时，内存区实际上是由父池parent调配而来，并在子池pool中被治理应用。换言之，这块内存区既被子池pool治理，也被父池parent治理。
最初，咱们间接将父池parent进行了销毁，那么连带子池pool也就一起销毁了。
到这里，可能有的读者会问，这么多此一举的意义是什么？
咱们能够通过上面一个例子来寻找答案：
示例三，共享内存级联池
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include "mln_core.h"#include "mln_log.h"#include "mln_alloc.h"#include "mln_defs.h"int func_lock(void *locker){ printf("lock\n"); MLN_LOCK((mln_lock_t *)locker); return 0;}int func_unlock(void *locker){ printf("unlock\n"); MLN_UNLOCK((mln_lock_t *)locker); return 0;}int main(int argc, char *argv[]){ char *p; mln_lock_t lock; mln_alloc_t *pool, *parent; struct mln_core_attr cattr; struct mln_alloc_shm_attr_s sattr; /* libmelon init begin*/ cattr.argc = argc; cattr.argv = argv; cattr.global_init = NULL; cattr.master_process = NULL; cattr.worker_process = NULL; if (mln_core_init(&cattr) < 0) { fprintf(stderr, "init failed\n"); return -1; } /* libmelon init begin*/ /* create a shared memory pool*/ MLN_LOCK_INIT(&lock); sattr.size = 10 * 1024 * 1024; sattr.locker = &lock; sattr.lock = func_lock; sattr.unlock = func_unlock; parent = mln_alloc_shm_init(&sattr); if (parent == NULL) { mln_log(error, "parent pool init failed\n"); return -1; } pool = mln_alloc_init(parent); if (pool == NULL) { mln_log(error, "pool init failed\n"); return -1; } p = (char *)mln_alloc_m(pool, 6); if (p == NULL) { mln_log(error, "alloc failed\n"); return -1; } memcpy(p, "hello", 5); p[5] = 0; mln_log(debug, "%s\n", p); mln_alloc_destroy(parent); return 0;}读者能够比照示例二和示例三的差别。
在这个例子中，咱们将parent初始化成一个基于共享内存的内存池。因为波及过程间资源争抢，因而须要给出内存池所应用的锁资源及其操作原语（即加解锁回调）。此处额定说一句，Melon的共享内存应用的锁是由使用者自行定义的，而不是强制装备互斥量或者读写锁之类的。
随后，由子池pool调配了一个6字节内存区，这个内存区实际上是由共享内存中而来。
到此，不晓得读者是否明确级联内存池的一部分用意呢？
即：如果咱们的整个程序的动态内存调配齐全依赖于内存池的调配的话，那么只须要简略地将父池改为基于共享内存的内存池，就能够实现程序从堆到共享内存的迁徙了。
事实上，在Melon中，应用级联构造操作共享内存有如下益处：
- 子池仍放弃了集中开释的劣势
- 共享内存与堆内存的治理和调配策略不同，因而能够联合两者策略来晋升共享内存的应用效率
- 将父池作为隔离层，能够让程序轻松在堆与共享内存之间做切换，而不用批改其余内存调配的代码
最初一个问题，咱们将内存全副迁徙到共享内存的意义是什么呢？
过程间零拷贝IPC
当一个过程A中保护的信息须要与另一个过程B进行替换和共享的时候，咱们只须要将这些信息由A过程写入共享内存中一次，B过程就能够间接拜访。而不须要将数据从A的地址空间拷贝到内核缓冲区，再由内和缓冲区拷贝到过程B的用户态缓冲区，这样的频繁复制。
甚至，如果过程A和B的可执行程序在同一CPU、操作系统、编译器版本和头文件下编译生成，那么咱们甚至不须要对传递的音讯做任何序列化就能够间接拜访。
感激浏览！