CN103617123A - 一种通过内存块实现内存管理的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过内存块实现内存管理的方法及系统，申请64KB大小的内存块，将此内存块分为内存分配区和数据存放区两个区域，将内存分配区划分为以链表形式连接的固定大小的子块，将链表的头指针和空闲子块的数量写入数据存放区，之后通过链表操作即可实现内存的分配与回收。本发明通过申请64KB的内存块，以链表的形式进行内存单元的分配与回收，减少甚至消除了内存分配时可能产生的碎片，链表方式，结构比较简单，无论是分配还是回收内存，省去了传统方法中遍历、查询上的复杂操作，明显提升了内存的处理速度，有效提升了内存管理的效率。

Description

一种通过内存块实现内存管理的方法及系统

技术领域

本发明涉及内存信息技术管理领域，特别是一种通过内存块实现内存管理的方法及系统。

背景技术

内存管理在软件开发和应用中占据十分重要的位置，对于软件的性能有着十分重要的影响。由于操作系统要考虑到底层硬件管理、内存有限、内存碎片、多软件同时运行、多线程环境等情况，因此导致了内存的分配和回收操作非常复杂，内存操作所消耗的时间的限制成为软件性能的瓶颈。对此一些传统的方法是通过申请一块大内存，再划分成各个子块分配使用，但传统方法忽略了子块的组织结构，在分配和回收时都需要进行大量的内存块结构查询，才能完成分配和回收操作，这就导致了内存管理效率的低下。在多线程环境中这种影响尤其明显，直接导致了应用软件的性能低下。在高性能软件应用领域，内存管理是关键性的基础功能，其性能直接影响了整个应用软件系统的运行。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种通过内存块实现内存管理的方法及系统，简化内存的分配与回收，减少内存分配时碎片的产生，提高内存管理效率，尤其是对于高性能软件的应用，提升整个软件系统的运行效率。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种通过内存块实现内存管理的方法，包括：

（1）以字节对齐方式申请64KB大小的内存块，

（2）将此内存块划分为以链表形式连接的固定大小的子块，同时划分出一个单独的数据存放区，且数据存放区在内存地的末端，将链表的头指针和空间的子块数量写入数据存放区；

（3）通过链表操作对子块空间进行分配与回收：

分配时，将链表头指针指向的子块分配出去，且空闲子块数量减1，同时链表头指针指向下一个空闲子块，如果空闲子块数量为零，则重新执行步骤（1）；

回收时，将链表的头指针存入要回收的子块内，将此要回收的子块的首地址作为链表的头指针写入数据存放区，并将空闲子块数量加1。

一种通过内存块实现内存管理的系统，包括：

申请模块，用于以对齐方式申请64KB大小的内存块；

拆分模块，用于将此内存块划分为内存分配区和数据存放区两个内存区域，同时将内存分配区划分为链表形式连接的固定大小的子块，并将空闲子块的数量和链表头指针写入数据存放区；

操作模块，用于通过链表操作对子块空间进行分配与回收。

所述操作模块包括分配单元和回收单元，其中：

分配单元用于通过链表操作对子块空间进行分配时，将链表头指针指向的子块分配出去，且空闲子块数量减1，同时链表头指针指向下一个空闲子块；

回收单元用于通过链表操作对子块空间进行回收时，将要回收的子块地址的低16位地址清零，得到该子块在内存块中的首地址，将链表的头指针存入要回收的子块内，将此要回收的子块的首地址作为链表的头指针写入数据存放区，并将空闲子块数量加1。

本发明的有益效果是：

本发明采用一种通过内存块实现内存管理的方法及系统，申请64KB大小的内存块，将此内存块分为内存分配区和数据存放区两个区域，将内存分配区划分为以链表形式连接的固定大小的子块，将链表的头指针和空闲子块的数量写入数据存放区，之后通过链表操作即可实现内存的分配与回收。本发明通过申请64KB的内存块，以链表的形式进行内存单元的分配与回收，减少甚至消除了内存分配时可能产生的碎片，链表方式，结构比较简单，无论是分配还是回收内存，省去了传统方法中遍历、查询上的复杂操作，明显提升了内存的处理速度，有效提升了内存管理的效率。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是所述内存块划分后的示意图；

图2是本发明所述方法流程图；

图3是本发明所述系统的结构组成框图；

图4是分配子块后的示意图；

图5是删除子块后的示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明提供了一种通过内存块实现内存管理的方法，每次以字节对齐的方式申请64KB大小的内存块，将此内存块划分为两个区域：内存分配区和数据存放区。具体参照图1所示划分后的示意图，划分后，内存分配区与数据存放区的大小固定，之后，继续对内存分配区进行划分，将其划分为以链表形式连接的具有固定大小的子块，由于划分时，最后一个子块的大小可能不足一个子块的大小，将其归为未使用区域，如图中所示，每个子块存放着下一个子块的地址，形成一个链表。将链表的头指针和链表中空闲子块的数量写入数据存放区当中，数据存放区所需要分配的空间比较小，只要满足存放头指针和空闲子块的数量即可。

对内存块分配之后，便可通过链表操作实现子块的分配与收回，具体方法参照图2所示的流程图：

以字节对齐的方式申请64KB大小的内存块，由于是以字节对齐的方式申请，因此内存块的首地址格式为：0x????0000，其中问号表示十六进制中的任意数字，即内存块的首地址低16位字节全为0；

之后，对内存块进行划分和结构组织操作，划出一部分大小用于存储内存块的数据信息，称为块数据存放区，剩下部分被称为内存分配区；数据存放区具备固定的大小，里面存放着第一个空闲子块的地址（即链表头指针），以及空闲子块的数量以及其他数据；为便于定位，数据存放区位于64KB内存块的末端，其位于内存块的地址可通过以下计算方法计算：64KB内存块的首地址加上64KB字节减去数据存放区大小；内存分配区位于64KB内存块的起始地址，并按特定的大小平均划分成多个子块，而不足一个子块大小的区域称为未使用区域，各个子块存放着下一个子块的地址，形成一个链表；

当需要使用子块空间时，如果数据存放区域记载的当前空闲子块的数量大于零，则将当前链表头指针指向的子块分配出去，并将空闲子块数量减1，链表头指针指向下一个空闲子块；否则，若空闲子块数量为零，则重新向操作系统申请一块64KB大小的内存块，进行组织划分和分配；

当需要对子块进行回收时，回收其在内存块中的内存地址即可，将此需要回收的子块的内存地址的低16位清零，即得到其所在的64KB内存块的首地址，将当前链表的头指针存入要回收的子块内，将此要回收的子块的首地址作为链表的头指针写入数据存放区，并将空闲子块数量加1。

本发明采用64KB固定大小的内存块申请策略，将子块的链表组织及数据信息存放于此内存块中，使每一个内存块的首地址基于页对齐，提高了内存申请的效率，并且所有操作都在一个64KB内存块中进行，得以高效利用CPU缓存。在分配和回收过程中，通过访问和操作链表头指针和空闲块数量，即能完成分配和回收操作过程，省去了大量的内存地址检索和查询，明显的提高了内存管理操作性能。

本发明提供了一种通过内存块实现内存管理的系统，参照图3所示，包括：

申请模块，用于以对齐方式申请64KB大小的内存块；

拆分模块，用于将此内存块划分为内存分配区和数据存放区两个内存区域，且数据存放区被划分在内存块地址的末端，同时将内存分配区划分为链表形式连接的固定大小的子块，并将空闲子块的数量和链表头指针写入数据存放区；

操作模块，用于通过链表操作对子块空间进行分配与回收。

其中，所述操作模块包括分配单元和回收单元，且： 

分配单元用于通过链表操作对子块空间进行分配时，将链表头指针指向的子块分配出去，且空闲子块数量减1，同时链表头指针指向下一个空闲子块；

回收单元用于通过链表操作对子块空间进行回收时，将要回收的子块地址的低16位地址清零，得到该子块在内存块中的首地址，将链表的头指针存入要回收的子块内，将此要回收的子块的首地址作为链表的头指针写入数据存放区，并将空闲子块数量加1。

所述系统具体的实现方法与以上方法中所述相同，具体参考以上方法中所述内容。

实施例2：

本实施例通过具有的实例对本发明进行说明。

参照图4所示，首先以字节对齐的方式向操作系统申请64KB（65536字节）大小的内存块，内存块末端20个字节划分为数据存放区，其余的作为内存分配区，内存分配区中每个子块的大小设定为16字节，则子块的数量为（65536字节-数据存放区大小）/子块大小，即：(65536字节-20字节)/16字节=4094，则子块数量为4094个，剩余的12字节则不使用。

在确定了子块数量之后，从第一个子块开始，将下一个子块的内存地址存放于其中，形成一个链表，再将链表的头指针，即第一个子块的地址存放于数据存放区中指定位置，并将子块数量即4094存放于数据存放区中指定位置。至此，整个64KB内存块已经划分组织完成。

分配子块时，首先查询数据存放区中的空闲子块数量，如果等于0，则表示子块已经全部分配，需要重新再申请一个64KB内存块。如果子块数量大于0，则此时头指针指向的子块就是要分配的子块，称为当前分配块，将头指针指向当前分配块保存的子块地址，即下一个子块的地址，再将子块数量减1，最后返回当前分配块，这样就完成了整个分配过程。图4中所分配的4个子块即如此。

 参照图4回收子块1和4后的示意图，回收子块时，此子块称为当前回收块，首先将当前回收块的内存地址低16位清零，从而得到其在64KB内存块的首地址，由首地址得到末端数据存放区的计算公式为：首地址+65536字节-数据存放区大小。得到数据存放区之后，将头指针指向的子块地址存放于当前回收块中，再将当前回收块的首地址存放于头指针，再将子块数量加1，这样就完成了整个回收过程。

以上实施例中本发明所述内容，只是对本发明的一种客观解释，本发明不仅应用于操作系统内存的分配，对于其它移动设备或具有大容量存储单元的设备，本发明皆可实现，本发明的内容所要保护的不仅是本发明所述的技术领域，类似的可使用本发明实现其目的的其他领域或实现方法，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通过内存块实现内存管理的方法，其特征在于，包括：

（1）申请固定大小的内存块；

（2）将此内存块划分为以链表形式连接的固定大小的子块；

（3）通过链表操作对子块空间进行分配与回收。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述内存块在被划分时，还被划分出一个单独的数据存放区，用于存储空闲子块的数量和链表头指针。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，通过链表操作对子块空间进行分配时，将链表头指针指向的子块分配出去，且空闲子块数量减1，同时链表头指针指向下一个空闲子块。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当空闲子块数量为零时，则重新执行步骤（1）。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，通过链表操作对子块空间进行回收时，将链表的头指针存入要回收的子块内，将此要回收的子块的首地址作为链表的头指针写入数据存放区，并将空闲子块数量加1。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据存放区被划分在内存块地址的末端。

7.根据权利要求1至6任一所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，以字节对齐的方式申请64KB大小的内存块。

8.一种通过内存块实现内存管理的系统，其特征在于，包括：

申请模块，用于以对齐方式申请64KB大小的内存块；

拆分模块，用于将此内存块划分为内存分配区和数据存放区两个内存区域，同时将内存分配区划分为链表形式连接的固定大小的子块，并将空闲子块的数量和链表头指针写入数据存放区；

操作模块，用于通过链表操作对子块空间进行分配与回收。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述操作模块包括分配单元和回收单元，其中：

分配单元用于通过链表操作对子块空间进行分配时，将链表头指针指向的子块分配出去，且空闲子块数量减1，同时链表头指针指向下一个空闲子块；

回收单元用于通过链表操作对子块空间进行回收时，将要回收的子块地址的低16位地址清零，得到该子块在内存块中的首地址，将链表的头指针存入要回收的子块内，将此要回收的子块的首地址作为链表的头指针写入数据存放区，并将空闲子块数量加1。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述数据存放区被划分在内存块地址的末端。

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