面试题：如何定制基于MariaDB MEM_ROOT内存池的特定业务内存管理方案

Question

给定一个复杂的业务场景，其中涉及大量不同生命周期和大小的内存分配需求，要求基于MariaDB的MEM_ROOT内存池设计并阐述一套定制化的内存管理方案，包括数据结构调整、分配算法优化以及与原有MEM_ROOT机制的融合等方面。

Answer 1

数据结构调整

1. 分层内存块链表
   • 在MEM_ROOT基础上，构建分层的内存块链表。例如，将小内存需求（如小于1KB）的内存块单独组织成一个链表，中等内存需求（1KB - 100KB）和大内存需求（大于100KB）分别构建链表。这样可以减少内存碎片，提高内存查找和分配效率。
   • 每个链表头部记录链表的总内存使用量、空闲内存量等元信息，方便快速判断是否能满足分配请求。
2. 哈希表辅助查找
   • 对于频繁分配和释放的特定大小内存块，可以使用哈希表来加速查找。哈希表的键为内存块大小，值为对应的内存块链表头指针。这样在请求特定大小内存块时，能直接通过哈希表快速定位到相应链表，而无需遍历整个MEM_ROOT结构。

分配算法优化

1. 最佳适配算法改进
   • 在MEM_ROOT原有分配算法基础上，采用改进的最佳适配算法。对于每个内存请求，遍历相应大小范围的链表，寻找最接近请求大小且大于等于请求大小的空闲内存块。
   • 为避免每次都从链表头开始遍历，可以记录上次分配的位置，下次分配从该位置附近开始查找，提高查找效率。
2. 预分配策略
   • 根据业务场景的历史数据或预测，对一些常用大小的内存块进行预分配。例如，业务中频繁请求128字节的内存块，就在系统启动或空闲时预先分配一定数量的128字节内存块，放入相应链表。这样在实际请求时可以快速响应，减少分配开销。

与原有MEM_ROOT机制的融合

1. 接口统一
   • 定制化内存管理方案需要与原有MEM_ROOT的接口保持统一。对外提供相同的内存分配（如 mem_root_alloc）和释放（如 mem_root_free）接口，使得上层应用无需关心底层具体是使用原有MEM_ROOT机制还是定制化方案，实现无缝切换。
2. 状态跟踪与合并
   • 定制化方案中维护的内存使用状态（如各链表的总内存、空闲内存等）需要与MEM_ROOT的整体状态进行跟踪和合并。例如，在每次分配和释放操作后，更新MEM_ROOT的总体内存使用信息，确保系统对内存的整体使用情况有准确的认识，以便进行内存监控和调优。