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Malloc技术原理解析以及在转转搜索业务上的实践( 四 )

Malloc


  1. 获取分配区（arena）的锁 ， 以确保多线程环境下的内存分配操作不会发生冲突；
  2. 计算出需要分配的chunk的实际大小；
  3. 首先检查chunk的大小是否小于max_fast（默认64字节） ， 如果是 ， 则尝试从fast bins中获取适合的chunk ， 如果找到则分配结束 。否则 ， 继续下一步；
  4. 如果chunk的大小小于512字节 ， 尝试从small bins中获取合适的chunk ， 如果找到则分配结束 。否则 ， 继续下一步；
  5. 如果以上步骤都未成功 ， 会首先遍历fast bins中的chunk ， 将相邻的chunk合并 ， 并链接到unsorted bin中 ， 然后遍历unsorted bins 。如果unsorted bins中只有一个chunk且大小大于待分配的chunk ， 则将其切分 ， 并将剩余的部分继续放入unsorted bins；如果unsorted bins中有大小适合的chunk ， 则分配结束 。否则 ， 继续下一步；
  6. 如果以上步骤都未成功 ， 在large bins中查找合适的chunk ， 进行切割 ， 并将剩余部分放回unsorted bin 。如果fast bins和bins都没有找到合适的chunk ， 那么就需要操作top chunk来进行分配了 。如果top chunk的大小比用户所请求的大小还大 ， 则将top chunk切分为两部分：User chunk（用户请求大小）和Remainder chunk（剩余大小） ， 并将剩余块作为新的top chunk 。如果top chunk的大小小于用户所请求的大小 ， 根据分配区的类型（主分配区或非主分配区） ， 通过sbrk（主分配区）或mmap（非主分配区）系统调用来扩展top chunk的大小；
  7. 如果以上步骤都未成功 ， 根据需要的chunk大小 ， 选择调用sbrk（主分配区）或mmap（非主分配区）系统调用来分配内存块；
  8. 使用mmap系统调用为程序的内存空间映射一块大小为chunk_size、对齐到4KB的内存空间 ， 并将内存指针返回给用户；
  9. 判断是否为第一次调用malloc ， 如果是主分配区 ， 则需要进行初始化工作 ， 分配一块初始大小为（chunk_size + 128KB）、对齐到4KB的空间作为初始的heap 。如果已经初始化过了 ， 主分配区则调用sbrk（主分配区）来增加heap的大小 ， 非主分配区则在top chunk中切割出一个chunk以满足分配需求 。
3.3 回收过程内存回收流程概述如下：
  1. 首先 ， 获取分配区的锁 ， 以确保线程安全性；
  2. 如果要释放的是空指针 ， 则无需执行任何操作 ， 直接返回；
  3. 检查当前的内存块（chunk）是否是通过mmap映射的内存区域 。如果是的话 ， 直接通过munmap()函数将该chunk释放 。我们可以通过已使用chunk的数据结构中的"M"标志来判断是否是mmap映射的内存；
  4. 判断chunk是否与顶部内存块（top chunk）相邻 。如果相邻 ， 将它们合并在一起（相邻意味着与分配区中的空闲chunk相邻） 。然后 ， 继续下一步骤；
  5. 如果chunk的大小大于max_fast（64字节） ， 将其放入未排序的bin中 ， 并检查是否需要合并 。如果需要合并且与top chunk相邻 ， 进入下一步骤；
  6. 如果内存块的大小小于max_fast（64字节） ， 直接放入快速bin中 ， 而不改变chunk的状态 。然后 ， 检查是否需要合并 ， 如果需要合并 ， 继续下一步骤；
  7. 在快速bin中 ， 如果当前chunk的下一个chunk也是空闲的 ， 将它们合并 ， 并将合并后的chunk放回未排序的bin中 。如果合并后的chunk大小大于64字节 ， 将触发快速bin的合并操作 ， 将与相邻的空闲chunk合并后 ， 放回未排序的bin中 。如果合并后的chunk与top chunk相邻 ， 将它们合并到top chunk中；
  8. 最后 ， 检查top chunk的大小是否大于mmap的收缩阈值（默认为128KB） 。如果是 ， 尝试将部分top chunk归还给操作系统 ， 然后结束内存释放操作 。


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