【學習筆記】3. 內存的 chunk 和 bins

1. 什麼是堆

前面的例子咱們已經知道棧是什麼。如今咱們來介紹下堆，以及堆的實現過程。

在此以前，咱們先來回顧下進程的模型

圖中的：heap 部分，就是咱們所說的堆，咱們能夠經過移動 brk 指針 來動態擴充。
或者使用 mmap 申請大的內存塊。

1.1 堆在進程中的地址分佈

咱們能夠經過查看進程消息，查看進程的地址狀態

cd /proc/self
cat maps

知道了堆在進程中的位置，咱們來看下堆的保存形式。

1.2 堆的申請方式

堆在進程中主要存在二個地方，一個是heap ，一個是mmap mamp 主要用於存放動態連接庫。

申請方式：
堆能夠經過 malloc 或者 mmap 向系統內核空間申請堆空間。

• 對於通常大小的堆的申請，使用malloc
• 對於大於128K的申請，使用 mmap。

固然這些能夠經過配置項修改

1.3 堆的結構體

注 ：mchunk_prev_size ： 上一個chunk 的大小。 便於管理，爲了後續的chunk 合併

1.3.1 已分配出去的chunk

特別注意 ： 申請返回的指針，指向的 user data。
因此若是申請的是 24k，那麼堆實際的空間大小 > 24k,由於它包含了頭信息

1.3.2 空閒的chunk

通常會是 free 掉的，或者截取剩下的chunk

咱們能夠從頭部中看出，這個chunk 是否來自主進程，以及它的分配方式。

fd bk 存放鏈表的指針，雙向指針。 一個圖形能夠很好的解釋這個狀況。

2. bins

2.1 爲何使用 bins

說完了chunk ，咱們緊接着談下關聯的 bins。

用戶經過系統調用，申請使用內存。 使用完以後（好比free以後，程序結束以後），不會當即的返回給內核空間。（不斷的切換用戶態和內核態，系統消耗仍是蠻大的）

因此對於heap中申請的 內存，使用完以後，不會當即釋放，而是經過鏈表的形式保存在用戶態，便於下次的再次調用。

bins 按照內存的大小，一共有128個，經過數組的形式來維護起來。

2.2 bins 的分類

咱們能夠從上圖中，看出，bins 有

1. Fast bins
2. unsorted bins
3. Small bins
4. Large bins

small bins ： 小於 512B 的chunk
large bins ： 512B - 128K的 chunk
unsorted bins ： 通常free 的chunk 大部分會存放到unsorted bins 裏面，等待下次申請時候，再分配。 另外切割剩下的部分也會被放到 unsorted bins。 因此更多的像是一個temp ，中轉站
fast bins ： 至關於 bins 的緩存，採用單鏈表的形式，便於快速查詢使用。通常都是比較小的chunk，大小是0-64B。

2.3 bins 的調用順序

1. fast bins。 針對小字節的chunk ，第一步先從 fast chunk 裏面查找。 由於是單鏈表，且是相同大小的，速度比較快。
2. small bins ： 單個鏈表下chunk大小相同，不一樣鏈表的chunk間隔是8B。
3. unsorted bins： 先查詢 unsorted bins 有沒有合適的，若是沒有，會把 fast bins 中的bins 拿過來，用於合併和切割。 而後分配到 small bins 和 large bins。
4. large bins，一個鏈表中大小不同，是處於一個範圍內，間隔也不相同。
5. top chunk。 對於從large bins 查找不到的內存塊，須要從heap 旁的chunk 去申請。能夠經過移動brk 指針
6. mmap chunk。 對於大於 128k，須要從mmap 中申請

100. 致敬

若有不詳，請參考王老師的精彩講解 堆棧管理
學習過程當中，得到了極大的知足感，把以前的一些東西串聯了起來。十分感謝 王利濤老師。
在此表示感謝。
PS：本文中全部的資源和圖片均來自視頻中
另外十分推薦一本書 深刻理解計算機系統