Golang的内存管理--学习笔记

内存的分级

使用的是多级分配的办法，将内存分为多级，进行分级管理，从而降低锁的粒度。并且将可用的堆内存采用二级管理，其中每个线程会有一个自己的内存池，只有在自己的内存池不够时才会去全局内存中获取，够用时首先使用自己的内存池。
基本概念

arena区

arena是堆区（即动态分配区域），被分隔成8k大小的页，将页组合起来称为mspan。
bitmap区域标识arena区域的那些地址保存了对象，并且使用4bit标识对象是否包含指针、GC标记信息。bitmap的的一个byte大小的内存标识的是arena的4个指针大小的内存（一个是8b），因此bitmap的大小512GB/(4*8B)=16GB。

Spans

spans中保存的是mspan（是arena中分隔页组成的基本内存管理单元）的指针，每个指针对应一页（会出现多个s指向同一个mspan），每一个mspan中也保存了对应的spans在回收时可以快速的找到

Go中的mspan

mspan是go内存管理的基本单元，是一片连续的8kb的页组成的大块内存。
mspan的特点：mspan是包含页的起始地址，页的span规格和页的数量的双端链表
关于mspan和object的关系：

1. mspan是根据自身的SizeClass来分割成若干个object，一个object可储存一个对象
2. 在为对象分配内存的时候，mspan会分配一个和object大小接近的对象
   SizeClass和SpanClass的概念：
   Size_Class= Span_Class / 2由计算方式可以看出每一个Span_Class中有两个mspan。一个分配给包含有指针的对象，一个分配给不包含指针的对象。

mspan和SizeClass
在Go1.9中mspan的SizeClass有67种，每个mspan分割的object大小是8*2n的倍数，写在代码中

// path: /usr/local/go/src/runtime/sizeclasses.go const _NumSizeClasses = 67 var class_to_size = [_NumSizeClasses]uint16{0, 8, 16, 32, 48, 64, 80, 96, 112, 128, 144, 160, 176, 192, 208, 224, 240, 256, 288, 320, 352, 384, 416, 448, 480, 512, 576, 640, 704, 768, 896, 1024, 1152, 1280, 1408, 1536,1792, 2048, 2304, 2688, 3072, 3200, 3456, 4096, 4864, 5376, 6144, 6528, 6784, 6912, 8192, 9472, 9728, 10240, 10880, 12288, 13568, 14336, 16384, 18432, 19072, 20480, 21760, 24576, 27264, 28672, 32768}

在使用SizeClass的时候其中为0表示大对象，直接由对内存分配，小对象通过mspan来分配
SizeClass也决定了mspan所能分配的页数，写死在代码中

上图中由两个S指向同一个mspan这是因为两个s指向的P同属一个mspan，因此方便了互相查找。
startAddr 直接指向了arena区域，表示mspan的起始地址
allocBIts指向一个位图，每位代表一个块是否被分配了对象
allocCount 表示已经分配的对象个数

内存管理组件

Go中的分配器的3中组件的构成：mcache，mcentral，mheap

mcache

Go中为每个逻辑处理器P提供一个本地线程缓存即mcache，每个P同一时间只能运行一个goroutine，因此访问mcache是不需要加锁
mcache的结构体定义

//path: /usr/local/go/src/runtime/mcache.go type mcache struct { alloc [numSpanClasses]*mspan } numSpanClasses = _NumSizeClasses << 1

mcache中使用numSpanClasses作为索引管理多个用于分配的mspan，包含了所有规格的mspan，numSpanClasses是mspan中介绍的_NumSizeClasses的2倍，数组中的一半mspan是分配给有指针的对象，一半是给没有指针的对象。
在垃圾回收的时候没有指针的就不需要进一步扫描了
mcache的初始化：在初始化时没有mspan资源，使用过程中动态的从mcentral申请，会缓存起来，对象小于等于32k时使用mcashe中的mspan。

mcentral

mecntral：为mcache提供切分好的mspan资源，每个mcentral保存一种特定大小的全局mspan列表（分配的和未分配的）
mcentral被所有的工作线程共同享有，存在竞争，有锁机制

//path: /usr/local/go/src/runtime/mcentral.go type mcentral struct { // 互斥锁 lock mutex // 规格 sizeclass int32 // 尚有空闲object的mspan链表 nonempty mSpanList // 没有空闲object的mspan链表，或者是已被mcache取走的msapn链表 empty mSpanList // 已累计分配的对象个数 nmalloc uint64 }

图中的内容和结构体对应
获取mspan和归还流程

1. 获取加锁；从nonempty链表找到一个可用的mspan；并将其从nonempty中删除；将取出的mspan加入到empty链表；将mspan返回给工作线程；解锁
2. 归还加锁；将mspan从empty链表删除；将mspan加入到nonempty链表；解锁

mheap

mheap：代表Go程序持有的所有堆空间，Go程序使用一个mheap的全局对象_mheap来管理
当mcentral中没有空闲的mspan时会向mheap申请，没有mheap时会向操作系统申请。
mheap的主要工作：大对象分配内存，管理未切割的mspan

内存的分配流程

1. 32k直接从mheap上分配

2. <=16B的对象使用mcache的tiny分配器分配
3. 二者之间的，首先计算对象规格，然后从mcache中相应的mspan中分配，如果mcache中没有则向mcentral申请，mcentral中没有则向mheap申请，mheap中没有则找操作系统。