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伺服器為什麼需要內存池

發布時間:2025-03-16 13:33:38

『壹』 Redis和Memcached的區別

Redis的作者Salvatore Sanfilippo曾經對這兩種基於內存的數據存儲系統進行過比較:


1、Redis支持伺服器端的數據操作:Redis相比Memcached來說,擁有更多的數據結構和並支持更豐富的數據操作,通常在Memcached里,你需要將數據拿到客戶端來進行類似的修改再set回去。這大大增加了網路IO的次數和數據體積。在Redis中,這些復雜的操作通常和一般的GET/SET一樣高效。所以,如果需要緩存能夠支持更復雜的結構和操作,那麼Redis會是不錯的選擇。


2、內存使用效率對比:使用簡單的key-value存儲的話,Memcached的內存利用率更高,而如果Redis採用hash結構來做key-value存儲,由於其組合式的壓縮,其內存利用率會高於Memcached。


3、性能對比:由於Redis只使用單核,而Memcached可以使用多核,所以平均每一個核上Redis在存儲小數據時比Memcached性能更高。而在100k以上的數據中,Memcached性能要高於Redis,雖然Redis最近也在存儲大數據的性能上進行優化,但是比起Memcached,還是稍有遜色。


具體為什麼會出現上面的結論,以下為收集到的資料:


1、數據類型支持不同


與Memcached僅支持簡單的key-value結構的數據記錄不同,Redis支持的數據類型要豐富得多。最為常用的數據類型主要由五種:String、Hash、List、Set和Sorted Set。Redis內部使用一個redisObject對象來表示所有的key和value。redisObject最主要的信息如圖所示:




type代表一個value對象具體是何種數據類型,encoding是不同數據類型在redis內部的存儲方式,比如:type=string代表value存儲的是一個普通字元串,那麼對應的encoding可以是raw或者是int,如果是int則代表實際redis內部是按數值型類存儲和表示這個字元串的,當然前提是這個字元串本身可以用數值表示,比如:」123″ 「456」這樣的字元串。只有打開了Redis的虛擬內存功能,vm欄位欄位才會真正的分配內存,該功能默認是關閉狀態的。


1)String


『貳』 如何減少頻繁分配內存(malloc或new)造成的內存碎片

內存池(Memory Pool)是內存分配的一種優化方式。通常,我們直接使用malloc或new來分配內存,然而這種方式的缺點在於內存塊大小不定,頻繁使用會導致大量的內存碎片,從而降低系統性能。內存池通過預先申請一定數量的、大小相等的內存塊來解決這一問題。當有新的內存需求時,直接從內存池中分配,若池內內存不足再申請新的內存。這種機制避免了內存碎片,提升了內存分配效率。

採用內存池設計,在特定場景如需要頻繁分配固定大小的內存對象時,性能顯著提升。這是因為內存池減少了復雜的分配演算法和多線程保護的開銷,同時避免了維護內存空閑表的額外成本。內存池還能提高程序的局部性,優化程序性能。此外,內存池更容易控制頁邊界對齊和內存位元組對齊,有效防止內存碎片的產生,使得內存管理更為便捷。

在內存池設計中,考慮到內存的分配與釋放問題,實現了一套結構:StaticMemory、MemoryChunk和MemoryBlock。通過這些結構,內存池實現了高效、靈活的內存管理。內存分配時,首先檢查請求大小,如果超過一定閾值則採用malloc,否則從內存池中分配合適的MemoryChunk。釋放內存時,通過頭部信息快速定位並回收。通過優化頭部結構,內存池在減少操作時間的同時減少了內存碎片。

內存池的實現中存在一些限制和問題:如沒有驗證釋放塊頭部的正確性,可能導致內存池操作失敗;分配的內存塊未主動釋放時,內存池不會自動釋放,但在退出時會檢查是否完全釋放。開發者需注意這些缺陷。

針對上述內存池設計,推薦學習Linux內存架構、slab實現和vmalloc原理的視頻課程,以及Linux內存管理問題的深入探討。對於C/C++ Linux伺服器架構師的學習,提供了一個豐富的資料庫,包括C/C++、Linux、golang技術、Nginx、ZeroMQ等資源,可加群812855908獲取資料,免費分享。

源碼包括MemoryChunk.h(線程安全)、StaticMemory.h(內存池對象)和ObjectManager.h(實現對象創建與管理)文件。通過測試,內存池在單線程和多線程環境下均展現出優化的內存分配性能。在實際應用中,內存池能夠有效地減少內存碎片,提升內存管理效率,實現高性能的內存使用。

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