メモリプール

メモリプール（固定サイズブロ​​ック割り当てとも呼ばれる）は、動的メモリ割り当てを可能にするメモリ管理のためのプールの使用法です。動的メモリ割り当ては、 mallocやC++のnew演算子などの手法を用いて実現できます。これらの実装は確立され信頼性も高いものの、ブロックサイズが可変であるため断片化が発生しやすく、パフォーマンス上の問題からリアルタイムシステムでの使用は推奨されません。より効率的な解決策は、メモリプールと呼ばれる同じサイズのメモリブロックを事前に割り当てておくことです。アプリケーションは、実行時にハンドルで表されるブロックを割り当て、アクセスし、解放することができます。

多くのリアルタイムオペレーティングシステムは、トランザクション処理機能など​​のメモリプールを使用します。POCOはメモリプールクラスを提供しますPoco::MemoryPool。

NginxのようなWebサーバーなど、一部のシステムでは、可変サイズのメモリ割り当てのグループを指すのに「メモリプール」という用語を使用します。これらのメモリは後でまとめて解放できます。これは「リージョン」とも呼ばれます。リージョンベースのメモリ管理を参照してください。

シンプルなメモリプールモジュールは、例えば、モジュールをデプロイするアプリケーションに合わせて最適化されたブロックサイズを持つ3つのプールをコンパイル時に割り当てることができます。アプリケーションは、以下のインターフェースを通じてメモリの割り当て、アクセス、および解放を行うことができます。

• プールからメモリを割り当てます。この関数は、必要なブロックが収まるプールを決定します。そのプールのすべてのブロックが既に予約されている場合、この関数は次のより大きなプールでブロックを探します。割り当てられたメモリブロックはハンドルで表されます。
• 割り当てられたメモリへのアクセスポインタを取得します。
• 以前割り当てられていたメモリブロックを解放します。
• ハンドルは、例えば で実装できますunsigned int。モジュールは、ハンドルをプールインデックス、メモリブロックインデックス、およびバージョンに分割することで、内部的にハンドルを解釈できます。プールインデックスとメモリブロックインデックスにより、ハンドルを持つ対応するブロックに高速にアクセスできます。一方、新しい割り当てごとにインクリメントされるバージョンにより、メモリブロックが既に解放されているハンドル（ハンドルが長期間保持されすぎていることが原因）を検出できます。

利点

• メモリプールを使用すると、一定の実行時間でメモリを割り当てることができます。プール内の数千個のオブジェクトのメモリ解放は、mallocを使用して各オブジェクトにメモリを割り当てる場合のように1つずつ操作するのではなく、1つの操作で済みます。
• メモリプールは階層的なツリー構造にグループ化することができ、これはループや再帰などの特殊なプログラミング構造に適しています。
• 固定サイズのブロックメモリプールでは、割り当てられたブロックのサイズなどの特性を記述する割り当てメタデータを各割り当てごとに保存する必要がありません。特に小さな割り当ての場合、これにより大幅な容量節約が可能になります。
• メモリ不足エラーを回避することで、リアルタイムシステムにおける決定論的な動作を可能にする。
• 固定サイズのブロックは、外部断片化の問題、つまり小さすぎて使用できない小さな空きスペースの問題を解消します。^{[ 1 ]}
• 固定サイズのブロックは、移動しないガベージコレクションをサポートします^{[ 1 ]}

欠点

• メモリプールは、それを使用するアプリケーションに合わせて調整する必要がある場合があります。
• 単一ブロックよりも大きなデータ配列を格納すると、システムが配列をプールの多くのブロックに分散させる必要があり、配列が連続している場合よりも配列の要素への読み書きが遅くなる可能性がある。^{[ 1 ]}

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