关于golang:golang-系列神秘的内存管理

一、概述

内存治理在任何的编程语言里都是重头戏,Golang 也不例外。Go 借鉴了 Google 的 TCMalloc,它是高性能的用于 c++ 的内存分配器。其核心思想是内存池 + 多级对象治理 ,能放慢调配速度,升高资源竞争。

二、根底构造

在 Go 里用于内存治理的对象构造次要是上面几个:

mheap、mspan、arenas、mcentral、mcache。

其中,mspan 是一个根底构造,分配内存时,根本以它为单位

mcache、mcentral、mheap 起到了内存池的作用,会被预分配内存,当有对应大小的对象须要调配时会先到它们这一层申请。如果这一层内存池不够用时,会依照上面的程序一层一层的往上申请内存:

mcache -> mcentral-> mheap -> 操作系统

mspan&&arenas

先来看看 mspan 这个根底构造体。首先,当 Go 在程序初始化的时候,会将申请到的虚拟内存划分为以下三个局部:

arenas 也就是动态分配的堆区,它将调配到的内存以 8k 为一页进行治理。

然而 “页” 这个单位还是太细了,因而再形象出 mspan 这一层来治理,mspan 示意一组间断的页面。

mspan 记录了这组间断页面的起止地址、页数量、以及类型规格。

对于 mspan 的类型规格有 67 种,每一种都被定义了一个固定大小,当有对象须要分配内存时,就会筛选适合规格的 mspan 调配给对象。

class  1      2      3      4      5      6  ···   63      64      65      66

bytes  8      16     32     48     64     80 ···  24576   27264   28672   32768

例如给大小为 30B 的对象分配内存时,就会抉择类型规格 class 为 3,也就是大小为 32B 的 mspan 调配。这种调配办法跟 linux 用于内存调配的搭档算法差不多,能无效地缩小内存碎片。

刚刚提到虚拟内存划分还有个 bitmap 区域,bitmap 次要用来标记 arena 区域中哪些地址保留了对象, GC 扫描信息以及对象指针信息。

总体上来讲,spans 和 bitmap 区域能够看做是 arenas 区域的元数据信息,辅助内存治理。

mheap && mcentral

mheap 在 Go 里是一个全局对象,用来治理大于 32K 对象的内存调配。

mcentral 保护了各个规格的 mspan。当它的上级 mcache 内存不足时,则会到 mcentral 这里来申请 mspan。

因为 mcentral 有各个规格类型的 mspan,因而当有不同规格的调配申请时,并不会产生并发竞争的问题。只有当同类型规格的 mspan 并发申请调配时,才会有加锁操作。

mcache

mcache 是提供给 P 的本地内存池。(对于 GPM 模型能够看这篇 golang 重要常识:golang 调度),因为每次只会有一个 Goroutine 在 P 上执行。所以分配内存是不须要竞争的。

mcache 上还有微型分配器,当要调配更小元素:即 <= 16B 时,会在一个 8byte 的 mspan 上调配多个的对象,这样就能更好的利用内存空间。

三、总体流程

  • 当要调配大于 32K 的对象时,从 mheap 调配。
  • 当要调配的对象小于等于 32K 大于 16B 时,从 P 上的 mcache 调配,如果 mcache 没有内存,则从 mcentral 获取,如果 mcentral 也没有,则向 mheap 申请,如果 mheap 也没有,则从操作系统申请内存。
  • 当要调配的对象小于等于 16B 时,从 mcache 上的微型分配器上调配。

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