堆内存管理

淡淡的烟草味﹌ 2023-10-10 10:11 16阅读 0赞

# 前言： #

最近刚学堆，特写此文巩固一下知识（水平有限，本文可能有错误，望读者留心）。

# 堆的结构： #

在Linux中，堆是使用glibc的ptmalloc2的分配方式，而malloc本质上都是通过brk或mmap实现的。通过brk分配的堆其起始地址在数据段的结尾处，而通过mmap分配的堆起始地址则在数据段后的随机偏移处。

堆主要涉及到3种数据结构：

(1)：heap\_info，即Heap Header。因为一个thread可以包含多个heap，在当前heap不够用时，系统就会通过mmap分配新的的heap添加到thread arena中，为了便于管理，每个heap都会包含一个heap\_info.

heap\_info的数据结构：

typedef struct _heap_info
    {
      mstate ar_ptr; /* Arena for this heap. */
      struct _heap_info *prev; /* Previous heap. */
      size_t size;   /* Current size in bytes. */
      size_t mprotect_size; /* Size in bytes that has been mprotected
                               PROT_READ|PROT_WRITE.  */
      /* Make sure the following data is properly aligned, particularly
         that sizeof (heap_info) + 2 * SIZE_SZ is a multiple of
         MALLOC_ALIGNMENT. */
      char pad[-6 * SIZE_SZ & MALLOC_ALIGN_MASK];
    } heap_info;

(2)：malloc\_state，即Arena Header,每个thread只有一个Arena Header,其包含bins，top chunk以及last remainder chunk等。

struct malloc_state
    {
      /* Serialize access.  */
      mutex_t mutex;
      /* Flags (formerly in max_fast).  */
      int flags;
      /* Fastbins */
      mfastbinptr fastbinsY[NFASTBINS];
      /* Base of the topmost chunk -- not otherwise kept in a bin */
      mchunkptr top;
      /* The remainder from the most recent split of a small request */
      mchunkptr last_remainder;
      /* Normal bins packed as described above */
      mchunkptr bins[NBINS * 2 - 2];
      /* Bitmap of bins */
      unsigned int binmap[BINMAPSIZE];
      /* Linked list */
      struct malloc_state *next;
      /* Linked list for free arenas.  */
      struct malloc_state *next_free;
      /* Memory allocated from the system in this arena.  */
      INTERNAL_SIZE_T system_mem;
      INTERNAL_SIZE_T max_system_mem;
    };

(3)：malloc\_chunk，即Chunk Header，一个Heap被分为多个chunk，这个chunk的大小是由用户申请要分配的空间决定的(实际上chunk的可能大于用户申请分配的空间)

1 struct malloc_chunk {
     2   /* #define INTERNAL_SIZE_T size_t */
     3   INTERNAL_SIZE_T      prev_size;  /* Size of previous chunk (if free).  */
     4   INTERNAL_SIZE_T      size;       /* Size in bytes, including overhead. */
     5   struct malloc_chunk* fd;         /* double links -- used only if free. 这两个指针只在free chunk中存在*/
     6   struct malloc_chunk* bk;
     7   /* Only used for large blocks: pointer to next larger size.  */
     8   struct malloc_chunk* fd_nextsize; /* double links -- used only if free. */
     9   struct malloc_chunk* bk_nextsize;
    10 };

在glibc malloc中使用bin来管理空闲的chunk，其分为四类：fast bin，unsorted bin，small bin，large bin。

（一）：fast bin

fast bin的个数只有10个，每一个fast bin都是由一个单链表构成。同一个链表中的所有chunk大小相同。默认情况下（以32位系统为例），每个bin之间按照步进8字节排列，即第一个bin的大小为8字节，第二个bin为16字节，以此类推。fast bin采用LIFO（后进先出）的原则，即最后进入链表的chunk会被最先分配。

fast bin在malloc\_state中的结构为：

struct malloc_state
    {
      ……
      ……
      ……
      mfastbinptr fastbinsY[NFASTBINS]; //此为数组，用于存放10个fast bin
      ……
      ……
      ……
    };

转载于:https://www.cnblogs.com/countfatcode/p/11490111.html