Tcmalloc源码简单分析(1)

这段时间由于工作中涉及到内存疯长的事情，工作之余就对比分析了tcmalloc和ptmalloc的一些工作方式，关于ptmalloc代码的分析，已经有前人做了不少的工作，我这边主要讲述一下，我对tcmalloc的一点理解，写的比较随意，难免漏洞百出，有问题希望大家能够指正（email:[e-mail]）开始写写还行，写到后面就不想写了，所以后面的章节代码多于评论和分析，自己都不想看下去了。

 

 

Tcmalloc通过preload或者直接动态链接的方式对malloc等内存分配和释放函数进行截获并提供服务。Tcmalloc提供接口主要涵盖malloc.h的接口。下面我将通过内存操作的基本流程，从分配开始到释放简单的分析tcmalloc的一些内部实现。

首先我们来看内存的分配。在tcmalloc中，内存分配malloc的入口为tc_malloc，new的入口为tc_new，相应的realloc，calloc，memalign，valloc等也有相应的入口。先简单描述一下tcmalloc的malloc过程和free过程。

 

Malloc过程

1、               Tcmalloc首先判断malloc的size是否大于kMaxSize（8u * kPageSize为32k），如果小于这个值，那么将size转换为想的obj class，然后从当前thread私有的cache中Allocate，转至第2步。如果请求的size大于kMaxSize那么跳至第10。

2、               首先判断当前的threadcache中obj calss对应的freelist中是否包含有空闲的obj，如果有直接pop出来，否则从CentralCache中拿，转下一步。

3、               CentralCache和ThreadCache之间obj的转移采用batch方式，每次转移固定数量的obj，这个数量通过Static::sizemap()->num_objects_to_move定义，当然在决定最终转移数量时还是需要不能超过ThreadCache相应list的maxlength。然后通过CentralCache对应freelist的RemoveRange函数将确定大小的obj转移出来，并通过对应list的PushRange函数将这些obj插入ThreadCache对应的freelist。

4、               CentralCache通过RemoveRange将特定数量的obj移出，CentralCache将连续的内存看做一个Span，Span是CentralCache管理内存的一个主要数据结构。而Span又被切分成N个统一大小的obj。每个CentralCache管理属于某个特定class的obj。在同一个CentralCache中所包含的obj大小符合特定calss的要求。CentralCache包含kNumTransferEntries（kNumClasses）个slots，这些slots用来存储正好包含num_objects_to_move个obj的Span。如果slots满了或者包含其他数量obj的Span将统一放入两个Span队列，empty和nonempty。这里的名字比较诡异empty函数存放的Span不是空闲的Span而是Span里面没有空闲obj的Span，nonempty则相反。

5、               因此在Allocate的过程中，首先判断需要Allocate的obj数量是不是正好符合num_objects_to_move，如果是而且CentralCache用来存放span的slots不为空，那么直接从slots里面拿，否则从nonempty队列中的Span拿。

6、               Nonempty队列存放了所有可用的Span，那么从头开始一个个拿，如果拿光了还是不能满足要求，那么只能通过向pageheap要求一个span，这个span的size由class_to_pages决定，然后再将这个Span切成obj返回给CentralCache。然后再次尝试从Span分配。

7、               Pageheap管理整个系统page级别的allocate，他通过两个数据结构管理所有的Span（free_数组和large_列表），free_数组存放size小于kMaxPages（1 << (20 - kPageShift)256）的Span，而large_列表存放大于等于kMaxPages的Span。PageHeap首先判断要求的pages是否大于等于kMaxPages，如果小于那么先从free数组中找，从要求大小的位置开始往后找，先找normal队列在找return对队列。如果在normal队列中找到且找到的Span状态为Span::ON_NORMAL_FREELIST，那么直接从里面切出需要的Span返回给CentralCache。如果在return队列中找到且找到的Span状态为Span:: ON_RETURNED_FREELIST那么直接从里面切出需要的Span返回给CentralCache。

8、               如果需要的size不符合上述要求或者在上述队列中没有找到那么将从large_队列中找。从large_队列中查找时，首先从normal队列入手，然后再从return队列找，他将找到size最符合且地址在空闲Span中最小的Span，然后切出来返回。

9、               如果large_队列中都没有找到合适的Span，那么将通过GrowHeap增长Heap的方式，通过TCMalloc_SystemAlloc向系统申请不小于1M的内存。并包装成Span，并插入heap中，然后再次进行分配。

10、           来到此处代表分配的内存是大于32k的，那么将向heap直接请求跳到第7步。