内存池项目（1）——前置知识
一.重要性
内存管理在计算机系统和软件开发中有着举足轻重的地位，其重要性体现在多个关键层面
1、性能优化
.高效的内存分配与回收机制能够显著提升系统运行速度。在后面的内存池设计方案中，通过减少向操作系统频繁申请和释放内存的操作，可避免系统调用带来的额外开销，使得程序执行诸如数据处理、任务调度等关键流程时更加流畅，像实时控制系统，每一秒的延迟都可能引发严重后果，精准的内存管理保障其快速响应
合理的内存布局，包括内存对齐等手段，能加速数据存取。以处理大规模图像、视频数据为例，数据在内存中整齐排列，处理器读取时无需额外等待或纠错，大大提高了数据传输带宽利用率，提升处理效率。
2、系统稳定性
内存碎片化控制至关重要。长时间运行的系统若缺乏有效内存管理，内存空间会变得支离破碎，导致后续即使总体空闲内存充足，但因无法找到连续大块内存来满足新的分配需求，引发内存分配失败，程序崩溃。例如服务器长时间运行各类业务逻辑，持续的小内存块分配回收后，若不加以整理，终将陷入困境。
防止内存泄漏。错误的内存管理容易使程序忘记释放已分配内存，随着时间推移，可用内存2.不断减少，系统逐渐变慢甚至死机。在一些长期运行的后台服务程序，内存泄漏积累到一定程度将造成灾难性后果。
3、资源利用率
精准的内存分配策略可避免过度分配。不同组件、块按实际需求获取内存，而非盲目占用每个进程都能大量空间，使得有限的内存资源能够服务更多任务。如在多任务操作系统中，合理占用内存，系统可同时承载更多进程并发运行，提升整体资源利用效率借助内存池等技术，对闲置内存进行有效回收和再利用，减少内存浪费。对于一些频繁创建销毁对象的场景，如游戏中频繁生成销毁的怪物、道具等实例，内存池能快速周转内存，让闲置内存迅速投入新的使用循环。
理解并重视内存管理，无论是对于开发高效稳定的软件，还是保障复杂计算机系统顺畅运行，都有着不可忽视的意义，它贯穿于从底层硬件交互到上层应用功能实现的每个环节。
二.可利用空间表及分配方法
动态内存管理的基本问题是系统如何分配用户请求的内存?又如何回收那些用户不再使用而“释放”的内存?在不同应用中请求的内存大小不同。可以是几个字节,几十个字节,或者几干、几万,甚至是几十万个字节。当然,系统每次分配给用户(不论大小)都是一个地址连续的内存块。
占用块:已分配给用户使用的内存
空闲块:未分配的内存.也称为可利用空间块
根据系统运行的不同情况,可利用空间表可以有下列3种不同的结构形式
系统运行期间所有用户请求分配的存储量大小相同.例如链表结点大小相同系统运行期间用户请求分配的存储量有若干种大小的规格。对此类系统，一般情况下是建立若干个可利用空间表,同一链表中的结点大小相同。
系统在运行期间分配给用户的内存块的大小不固定,可以随请求而变。通常,操作系统中的可利用空间表属于这种情况。
a
如果申请的大小不同,随着申请,释放的不断进行,内存可能如下:
面对新的申请请求时,有不同的分配策略
(1).首次拟合法。从表头指针开始查找,找到的第一个大小不小于申请大小的空闲块,进行分配可利用空间表可以无序。在回收时,只要将释放的空闲块插人在链表的表头即可。
(2)最佳拟合法。找到满足需要且浪费最小的空闲块进行分配,为了避免每次分配都要扫视整个链表。通常,可利用空次间表的结构按空间块的大小自小至大有序,由此,只需找到第一块大于n的空闲块即行分配,但在回收时,必须将释放的空闲块插人到合适的位置上去。
(3)最差拟合法。将可利用空间表中最大的空闲块进行分配。为了节省时间,此时的可利用空间表的结构应按空闲块的大小自大至小有序。这样,每次分配无需查找,只需对链表的第一个结点进行处理。当然,在回收时亦需将释放的空闲块插入到链表的适当位置上去
一般来说,最佳拟合法适用于请求分配的内存大小范围较广的系统。因为按最佳拟合的原则进行分配时,总是找大小最接近请求的空闲块,由此系统中可能产生一些存储量甚小而无法利用的小片内存,同时也保留那些很大的内存块以备响应后面将发生的内存量特大的请求,从而使整个链表趋向于结点大小差别甚远的状态。
最差拟合法适用请求分配的内存大小范围窄的系统。最差拟合每次都从内存量最大的结点中进行分配,从而使空闲结点大小趋于均匀,因此它适用于请求分配的内存大小范围较窄的系统。
首次拟合法的分配是随机的,因此它介于两者之间,通常适用于系统事先不掌握运行期间可能出现的请求分配和释放的信息的情况。
缺点:首次适应法和最佳适应法相对更容易产生内存碎片
内存碎片指的是内存中无法被有效利用的空闲内存区域。这些空闲区域虽然在内存中存在，但由于其大小或位置不连续的原因，不能满足新的内存分配请求，从而造成了内存资源的浪费。
预先分配一大块连续的内存作为内存池，程序在运行过程中从内存池中申请和释放内存这样可以避免频繁的系统调用和内存碎片的产生，提高内存分配的效率。