如何设计内存分配器？

想象一下，你在写一个小型的操作系统模拟器，或者说是在做内存管理的实验，系统给你一条线性内存，长度是 n，全是空的。你的任务是实现一个“内存分配器”，能做分配和释放操作。其实就是把现实里的 malloc/free 简化了一下，让我们能用代码玩一玩。初始化一开始我们需要一块大小为 n 的数组，每个位置表示一个内存单元。用 0 表示空闲，用其他数字表示被某个 mID 占用。这样看起来就很直观，就像一维的硬盘占用表。

想象一下，你在写一个小型的操作系统模拟器，或者说是在做内存管理的实验，系统给你一条线性内存，长度是 n，全是空的。你的任务是实现一个“内存分配器”，能做分配和释放操作。其实就是把现实里的 malloc/free 简化了一下，让我们能用代码玩一玩。

初始化

一开始我们需要一块大小为 n 的数组，每个位置表示一个内存单元。用 0 表示空闲，用其他数字表示被某个 mID 占用。这样看起来就很直观，就像一维的硬盘占用表。

class Allocator:

def __init__(self, n: int):

self.memory = [0] * n

分配

所谓分配，就是你要找一段连续的 size 个空位，把它们标记成 mID。关键点在于“最左侧优先”，所以我们只能从头往后扫，碰到连续的空闲区间长度够，就把它们占掉。 def allocate(self, size: int, mID: int) -> int:

n = len(self.memory)

count = 0

start = -1

for i in range(n):

if self.memory[i] == 0: # 空闲

if count == 0:

start = i

count += 1

if count == size:

for j in range(start, start + size):

self.memory[j] = mID

return start

else:

count = 0

start = -1

return -1

释放

释放的时候就更直接了，把所有等于 mID 的位置还原成 0。题目要求的是“一个 mID 可以对应多个块”，所以我们要遍历整个数组。

def freeMemory(self, mID: int) -> int:

freed = 0

for i in range(len(self.memory)):

if self.memory[i] == mID:

self.memory[i] = 0

freed += 1

return freed

使用示例

来跑一下，看看效果：

alloc = Allocator(10)

print(alloc.allocate(3, 1)) # 输出 0

print(alloc.allocate(2, 2)) # 输出 3

print(alloc.freeMemory(1)) # 输出 3

print(alloc.allocate(4, 1)) # 输出 0，因为释放了可以复用

思路小结

整个过程其实就是用数组模拟一条“内存带”，分配就是找到一段空格涂上 mID，释放就是把对应的涂掉。时间复杂度差不多就是 O(n)，因为分配和释放都可能要扫描一遍数组。虽然和真实操作系统里的伙伴算法、堆管理啥的比起来太简单，但用来理解内存分配的基本逻辑挺合适的。你要不要我顺手再写个更高效的版本，用区间管理的方式（比如平衡树或者堆），这样 allocate 就不用每次都扫一遍了？

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发表于 1天前
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分类：Python开发

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