ptmalloc - 小块内存管理初探

最新推荐文章于 2022-06-26 20:18:38 发布

原创最新推荐文章于 2022-06-26 20:18:38 发布 · 373 阅读

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本文探讨了ptmalloc中小块内存（≤64字节）的管理方式，通过使用双链表缓存和最佳适配算法，实现了内存的有效分配与回收。

ptmalloc - 小块内存管理初探

停更了两个月，一方面是转去了django开发，需要时间去学习，另一方面，好游戏比较多。

不过放心，现在开始专心开车，带你游历glibc ptmalloc簇函数实现。

前面已经写过几篇文章了，算是初探，也没有特别的深入到内存块管理方式，不过，基本的感性认知已经是有了，例如知道用到了sbrk，mmap等。

要开车了，坐稳吧。

要点

Ptmalloc里面的内存管理
预备知识
小块内存初探
结尾

Ptmalloc里面的内存管理

是不是好奇为啥没有了用例，这一章是纯代码解释，不好放用例，放了用例开展更多的代码，车速不是你们能够承受的。

按照glibc/malloc/malloc.c里面的注释，写了四种内存管理算法，我大概说下

对于大内存（大于512byte）的申请，就是用最佳适用申请器加上FIFO
小块的（小于等于64byte），就是有个池缓存着块
介于中间的，希望结合大小块管理方式
大于等于128KB的，就是之前那篇《第一次申请与释放大内存》

我大概翻译了下，不完全准确，也别纠结，个人觉得给你原文你也不一定能知道究竟具体是什么。拉上安全带吧，上代码了。今天就初探下第三点。

预备知识

第一点， struct malloc_chunk 相关的结构，在《第一次申请小内存》里面说过了，不记得么，想我重新说么

自己看去

第二点，起码要知道什么是链表，不懂我教你啊，学费一小时1k，刚好缺钱买键盘

第三点，应该没有了，不过要凑个三，处女座嘛

小块内存初探

代码

代码不多，先全部贴上来，老规矩，跟主题无关的代码就直接砍了

static void *
_int_malloc (mstate av, size_t bytes)
{

    ....

    // [0]
    if (in_smallbin_range (nb)) {
        idx = smallbin_index (nb);
        bin = bin_at (av, idx);

        // [1]
        if ((victim = last (bin)) != bin) {
            // [2]
            if (victim == 0) {
                malloc_consolidate (av);

            // [3]
            } else {
                bck = victim->bk;

                if (__glibc_unlikely (bck->fd != victim))
                {
                    errstr = "malloc(): smallbin double linked list corrupted";
                    goto errout;
                }
                set_inuse_bit_at_offset (victim, nb);
                bin->bk = bck;
                bck->fd = bin;

                void *p = chunk2mem (victim);
                alloc_perturb (p, bytes);
                return p;
            }
        }
    }

    ....

[0]

三句代码，就是三个宏

#define MIN_LARGE_SIZE 1024

#define in_smallbin_range(sz)  \
  ((unsigned long) (sz) < (unsigned long) MIN_LARGE_SIZE)

#define smallbin_index(sz) ((sz) >> 4)

#define bin_at(m, i) \
    (mbinptr) (((char *) &((m)->bins[((i) - 1) * 2])) - \
            offsetof (struct malloc_chunk, fd))

为何 MIN_LARGE_SIZE 是1024？512是32位，1024是64位。

这里重点解释一下smallbin_index

sz >> 4 其实就是等于 sz / 16，而接下来是用smallbin_index算出的idx去索引bin，sz是长度，是申请的内存块的长度，那这里其实的意思就是，bin是一个结构体数组，数组里面每个元素代表着一种长度，长度的间隔是16。

那bin具体怎样的呢，往下看。

#define NBINS 128

struct malloc_state
{
    ....
    mchunkptr top;
    mchunkptr last_remainder;
    mchunkptr bins[NBINS * 2 - 2];
    ....
}

typedef struct malloc_chunk* mchunkptr;

struct malloc_chunk {

    size_t      mchunk_prev_size;  /* Size of previous chunk (if free).  */
    size_t      mchunk_size;       /* Size in bytes, including overhead. */

    struct malloc_chunk* fd;         /* double links -- used only if free. */
    struct malloc_chunk* bk;

    /* Only used for large blocks: pointer to next larger size.  */
    struct malloc_chunk* fd_nextsize; /* double links -- used only if free. */
    struct malloc_chunk* bk_nextsize;
};

bin_at展示的是一种典型的c中指针应用法，但是就不展开说了，车控制不住。

回头看看malloc_chunk里面的fd和bk，再看看注释，是不是很明显了，双链，每个释放掉的内存块就会根据大小链在对应的bin中，而且，每个内存块都保证是16的倍数。

[1]

#define last(b) (b)->bk

这一句的意思就是说，看看这个是不是空的，没有内存块的，初始化时，其实就是bk，fd都指向自己。

[2]

malloc_consolidate调用的是malloc_init_state

static void
malloc_init_state (mstate av)
{
    int     i;
    mbinptr bin;

    /* Establish circular links for normal bins */
    for (i = 1; i < NBINS; ++i) {
        bin = bin_at (av, i);
        bin->fd = bin->bk = bin;
    }

#if MORECORE_CONTIGUOUS
    if (av != &main_arena)
#endif
        set_noncontiguous (av);

    if (av == &main_arena)
        set_max_fast (DEFAULT_MXFAST);

    av->flags |= FASTCHUNKS_BIT;
    av->top = initial_top (av);
}