内存池

破碎的山岚2026/8/23大约 2 分钟

内存池

内存池的核心思想：

提前申请一大片内存，再切成许多固定大小的小块，申请时拿一块，释放时还一块。

一、为什么需要内存池？

直接使用：

malloc();
free();

可能产生：

内存碎片
分配时间不确定
频繁申请释放带来开销

而内存池提前准备好内存：

大块内存
┌────┬────┬────┬────┬────┐
│32B │32B │32B │32B │... │
└────┴────┴────┴────┴────┘

申请和释放都直接操作固定大小的 block。

二、最简单的内存池

#define POOL_SIZE  100
#define BLOCK_SIZE 32

static uint8_t pool[POOL_SIZE][BLOCK_SIZE];
static uint8_t used[POOL_SIZE];

这里：

100 个 block
每个 block 32 字节
总容量 = 3200 字节

申请：

void *pool_alloc(void)
{
    for (int i = 0; i < POOL_SIZE; i++)
    {
        if (!used[i])
        {
            used[i] = 1;
            return pool[i];
        }
    }

    return NULL;
}

找到空闲块就返回。

释放：

void pool_free(void *ptr)
{
    int idx = ((uint8_t *)ptr -
               (uint8_t *)pool) / BLOCK_SIZE;

    used[idx] = 0;
}

释放后，这个 block 又可以被重新申请。

三、为什么不会产生外部碎片？

因为所有 block 大小固定：

[32][32][32][32][32][32]

释放：

[已用][空闲][已用][空闲][已用]

新的申请直接拿一个空闲 block。

不会出现：

[10B空闲][20B已用][15B空闲][30B已用]

这种大小不一的碎片。

所以：

固定块内存池天然适合管理大量相同大小的对象。

四、为什么适合实时系统？

简单实现中：

for (...)

需要遍历查找空闲块，最坏情况是 O(n)。

可以进一步使用空闲链表：

free_list
   ↓
[block] → [block] → [block] → NULL

申请：

取链表头
 ↓
O(1)

释放：

放回链表头
 ↓
O(1)

这样分配和释放时间更加稳定，适合实时系统。

五、内存池和 `malloc` 的区别

malloc/free
→ 大小灵活
→ 可能产生碎片
→ 执行时间不一定稳定

内存池
→ 固定大小
→ 几乎没有外部碎片
→ 分配/释放时间可预测

因此在：

MCU
RTOS
驱动
网络协议栈

中都很常见。

六、核心记忆

内存池
    ↓
预先准备一大片内存
    ↓
切成固定大小 block
    ↓
alloc → 拿一个
free  → 还一个

内存池的本质，就是用“固定大小的内存块 + 空闲管理机制”，换取更稳定、更可预测的内存分配。

内存池

内存池