内存分配器dlmalloc 2.8.3源码浅析.pdf

### 内存分配器dlmalloc 2.8.3源码浅析 #### 1. 概述 dlmalloc是一个高效且广泛使用的内存分配器，最初由Doug Lea开发，目前最新的版本为2.8.3。由于其高效性和灵活性，它在Linux系统和其他环境中得到了广泛应用，包括作为ptmalloc的基础。dlmalloc的设计简洁而精妙，尽管其实现相对紧凑（仅包含一个源文件和一个头文件），但内部却充满了复杂而高效的算法和技术。 #### 2. 边界标记法 dlmalloc采用了边界标记法（boundary tag method）来管理和追踪内存块。这种方法的核心在于通过在每个内存块前后添加额外的信息来记录内存块的状态和大小。具体来说，每个内存块前后都会有一个边界标记区域，用来存储有关该内存块的信息，如大小和是否被使用。 ##### 2.1 结构体 malloc_chunk 和 malloc_tree_chunk 为了支持不同大小的内存块管理，dlmalloc定义了两个主要的数据结构：`malloc_chunk` 和 `malloc_tree_chunk`。 - **malloc_chunk**: 用于管理小于256字节的内存块。 - **malloc_tree_chunk**: 用于管理大于256字节的内存块。 这两种数据结构的主要字段如下： - `size_t prev_foot`: 前一个块的大小（如果前一个块是空闲的）。 - `size_t head`: 当前块的大小以及是否被使用的标志位。 - `struct malloc_chunk *fd`, `struct malloc_chunk *bk`: 双向链表指针，用于连接自由块。 - `struct malloc_tree_chunk *child[2]`, `struct malloc_tree_chunk *parent`: 用于构建树状结构，适用于较大的内存块管理。 #### 3. 分箱式内存管理 dlmalloc还采用了分箱技术来提高内存分配的效率。这种技术基于一个简单的观察：频繁请求的内存块往往具有相似的大小。因此，dlmalloc将内存块按照大小分类放入不同的“箱子”（bins）中，这样可以更快速地找到合适大小的空闲块。 对于小内存块（小于256字节），dlmalloc使用固定大小的箱子（固定大小的桶）；对于大内存块，则使用一种类似树状的数据结构来进行管理。 #### 4. 核心结构体 MALLOC_STATE `MALLOC_STATE` 是一个核心的数据结构，它封装了内存池的状态信息，包括当前可用的内存块列表、空闲块列表等。这个结构体包含了多个指向 `malloc_chunk` 或 `malloc_tree_chunk` 的指针，用于组织和管理不同类型的内存块。 - `MALLOC_STATE` 包含了一个指向 `malloc_chunk` 的指针数组，用于快速访问不同大小范围内的空闲块。 - 它还包括一个指向 `malloc_tree_chunk` 的指针，用于管理较大的内存块。 #### 5. 内存分配相关函数 dlmalloc 提供了一系列函数用于内存分配，主要包括： - **DLMALLOC**: 主要的内存分配接口。 - **TMALLOC_SMALL**: 用于分配小于等于256字节的小内存块。 - **TMALLOC_LARGE**: 用于分配大于256字节的大内存块。 - **SYS_ALLOC**: 用于向系统申请新的内存。 - **MMAP_ALLOC**: 使用 mmap() 函数从操作系统分配内存。 这些函数的实现细节展示了dlmalloc如何高效地利用现有资源，同时确保内存分配的速度和灵活性。 #### 6. 内存回收相关函数 内存回收也是内存管理的重要组成部分。dlmalloc提供了以下函数来释放内存： - **DLFREE**: 释放已分配的内存块。 - **SYS_TRIM**: 释放不再需要的内存回给操作系统。 这些函数不仅处理内存块的释放，还会根据情况合并相邻的空闲块，以减少内存碎片。 #### 7. 总结 dlmalloc是一个高度优化的内存分配器，它通过边界标记法、分箱技术和高效的管理结构实现了高性能的内存管理。通过对dlmalloc源码的深入分析，我们可以学习到许多关于内存管理的高级技巧和最佳实践，这对于理解和设计高性能的内存管理系统是非常有价值的。