golang内存分配

golang内存分配

new一个对象的时候，入口函数是malloc.go中的newobject函数

func newobject(typ *_type) unsafe.Pointer {     flags := uint32(0)     if typ.kind&kindNoPointers != 0 {         flags |= flagNoScan     }     return mallocgc(uintptr(typ.size), typ, flags) }

这个函数先计算出传入参数的大小，然后调用mallocgc函数，这个函数三个参数，第一个参数是对象类型大小，第二个参数是对象类型，第三个参数是malloc的标志位，这个标志位有两位，一个标志位代表GC不需要扫描这个对象，另一个标志位说明这个对象并不是空内存

const (     // flags to malloc     _FlagNoScan = 1 << 0 // GC doesn't have to scan object     _FlagNoZero = 1 << 1 // don't zero memory )

mallocgc函数定义如下：

func mallocgc(size uintptr, typ *_type, flags uint32) unsafe.Pointer

它返回的是指向这个结构的指针。进入看里面的方法

先是会进行下面的操作

// 基本的条件符合判断 ...  // 获取当前goroutine的m结构 mp := acquirem() // 如果当前的m正在执行分配任务，则抛出错误 if mp.mallocing != 0 {     throw("malloc deadlock") } if mp.gsignal == getg() {     throw("malloc during signal") } // 锁住当前的m进行分配 mp.mallocing = 1  shouldhelpgc := false dataSize := size // 获取当前goroutine的m的mcache c := gomcache() var s *mspan var x unsafe.Pointer

其中的m，p，g的信息需要对下面这个图有印象

然后根据size判断是否是大对象，小对象，微小对象

如果是微小对象：

// 是微小对象  // 进行微小对象的校准操作 // ...  // 如果是微小对象，并且申请的对象微小对象能cover住 if off+size <= maxTinySize && c.tiny != nil {     // 直接在tiny的块中进行分配就行了     x = add(c.tiny, off)     ...     return x }  // 从mcache中获取对应的span链表 s = c.alloc[tinySizeClass] v := s.freelist // 如果这个span链表没有微小对象的空闲span了，从MCache中获取tinySize的链表补充上这个tiny链表 if v.ptr() == nil {     systemstack(func() {         mCache_Refill(c, tinySizeClass)     }) } s.freelist = v.ptr().next s.ref++  // 预读取指令能加快速度 prefetchnta(uintptr(v.ptr().next)) // 初始化微小结构 x = unsafe.Pointer(v) (*[2]uint64)(x)[0] = 0 (*[2]uint64)(x)[1] = 0  // 对比新旧两个tiny块剩余空间 if size < c.tinyoffset {     // 如果旧块的剩余空间比新块少，则使用新块替代mcache中的tiny块     c.tiny = x     c.tinyoffset = size }

如果是小对象

// 是小对象 var sizeclass int8 // 计算最接近的size if size <= 1024-8 {     sizeclass = size_to_class8[(size+7)>>3] } else {     sizeclass = size_to_class128[(size-1024+127)>>7] } size = uintptr(class_to_size[sizeclass])  // 获取mcache中预先分配的spans链表 s = c.alloc[sizeclass] v := s.freelist if v.ptr() == nil {     // 如果没有链表了，则从mcache中划出对应的spans链表     systemstack(func() {         mCache_Refill(c, int32(sizeclass))     }) } // 有链表则直接使用 s.freelist = v.ptr().next s.ref++

如果是大对象，则直接从heap上拿内存

// 如果是大对象，直接去heap中获取数据 systemstack(func() {     s = largeAlloc(size, uint32(flags)) }) x = unsafe.Pointer(uintptr(s.start << pageShift)) size = uintptr(s.elemsize)

总结一下

• 如果要申请的对象是tiny大小，看mcache中的tiny block是否足够，如果足够，直接分配。如果不足够，使用mcache中的tiny class对应的span分配
• 如果要申请的对象是小对象大小，则使用mcache中的对应span链表分配
• 如果对应span链表已经没有空span了，先补充上mcache的对应链表，再分配（mCache_Refill）
• 如果要申请的对象是大对象，直接去heap中获取（largeAlloc）

再仔细看代码，不管是tiny大小的对象还是小对象，他们去mcache中获取对象都是使用mCache_Refill方法为这个对象对应的链表申请内存。那么我们可以追到里面去看看。

func mCache_Refill(c *mcache, sizeclass int32) *mspan {     // 获取当时的goroutine     _g_ := getg()      // 锁上m     _g_.m.locks++     // 获取对应sizeclass的span链表，如果对应的链表还有剩余空间，抛出错误     s := c.alloc[sizeclass]     if s.freelist.ptr() != nil {         throw("refill on a nonempty span")     }      // 从mCentral中获取span链表，并赋值     s = mCentral_CacheSpan(&mheap_.central[sizeclass].mcentral)      c.alloc[sizeclass] = s      // 打开锁     _g_.m.locks--     return s }

这里实际是使用mCentral_CacheSpan来获取内存，这里需要看下mCentral的结构

type mcentral struct {     lock      mutex     sizeclass int32     nonempty  mspan // list of spans with a free object     empty     mspan // list of spans with no free objects (or cached in an mcache) }

func mCentral_CacheSpan(c *mcentral) *mspan {      sg := mheap_.sweepgen retry:     var s *mspan     // 遍历有空间span的链表     for s = c.nonempty.next; s != &c.nonempty; s = s.next {         // 如果这个span是需要回收的，那么先回收这个span，转移到empty链表中，再把这个span返回         if s.sweepgen == sg-2 && cas(&s.sweepgen, sg-2, sg-1) {             mSpanList_Remove(s)             mSpanList_InsertBack(&c.empty, s)             unlock(&c.lock)             // 垃圾清理             mSpan_Sweep(s, true)             goto havespan         }          // 如果nonempty中有不需要swapping的空间，这个就可以直接使用了         mSpanList_Remove(s)         mSpanList_InsertBack(&c.empty, s)         unlock(&c.lock)         goto havespan     }      // 遍历没有空间的span链表，为什么没有空间的span链表也需要遍历呢？     for s = c.empty.next; s != &c.empty; s = s.next {         // 如果这个span是需要回收的，回收之         if s.sweepgen == sg-2 && cas(&s.sweepgen, sg-2, sg-1) {             mSpanList_Remove(s)             mSpanList_InsertBack(&c.empty, s)             unlock(&c.lock)             mSpan_Sweep(s, true)             if s.freelist.ptr() != nil {                 goto havespan             }             lock(&c.lock)             goto retry         }          break     }     unlock(&c.lock)      // 到这里就说明central中都没有可以使用的span了，那么，就增长mCentral     s = mCentral_Grow(c)     mSpanList_InsertBack(&c.empty, s)  havespan:        // 找到空span的情况     cap := int32((s.npages << _PageShift) / s.elemsize)     n := cap - int32(s.ref)     if n == 0 {         throw("empty span")     }     if s.freelist.ptr() == nil {         throw("freelist empty")     }     s.incache = true     return s }

mCentral判断一个span是否过期是使用

s.sweepgen == sg-2 && cas(&s.sweepgen, sg-2, sg-1)

这个sweepgen是span和mheap中各有一个，根据这两个结构的sweepgen就能判断这个span是否需要进入gc回收了。

// sweep generation: // if sweepgen == h->sweepgen - 2, the span needs sweeping // if sweepgen == h->sweepgen - 1, the span is currently being swept // if sweepgen == h->sweepgen, the span is swept and ready to use // h->sweepgen is incremented by 2 after every GC

如果mCentral没有可用的span了，就需要调用mCentral_Grow(c)

func mCentral_Grow(c *mcentral) *mspan {     ...     // 从heap上进行分配     s := mHeap_Alloc(&mheap_, npages, c.sizeclass, false, true)     ...     // 设置span的bitmap     heapBitsForSpan(s.base()).initSpan(s.layout())     return s }

再进入到mHeap_Alloc

func mHeap_Alloc(h *mheap, npage uintptr, sizeclass int32, large bool, needzero bool) *mspan {     ...     systemstack(func() {         s = mHeap_Alloc_m(h, npage, sizeclass, large)     })     ... }

再进入mHeap_Alloc_m

func mHeap_Alloc_m(h *mheap, npage uintptr, sizeclass int32, large bool) *mspan {     ...     s := mHeap_AllocSpanLocked(h, npage)     ...      return s }

func mHeap_AllocSpanLocked(h *mheap, npage uintptr) *mspan {     ...      // 获取Heap中最合适的内存大小     s = mHeap_AllocLarge(h, npage)     // 如果mHeap满了     if s == nil {         // 增长mHeap大小         if !mHeap_Grow(h, npage) {             return nil         }         s = mHeap_AllocLarge(h, npage)         if s == nil {             return nil         }     }  HaveSpan:     // mHeap中有了数据 }

看看如何增长mHeap大小

func mHeap_Grow(h *mheap, npage uintptr) bool {     ...     // 调用操作系统分配内存     v := mHeap_SysAlloc(h, ask)     ... }

下面就看到mheap的扩容了，这个之前需要了解heap的结构

type mheap struct {     lock      mutex     free      [_MaxMHeapList]mspan // free lists of given length     freelarge mspan                // free lists length >= _MaxMHeapList     busy      [_MaxMHeapList]mspan // busy lists of large objects of given length     busylarge mspan                // busy lists of large objects length >= _MaxMHeapList     allspans  **mspan              // all spans out there     gcspans   **mspan              // copy of allspans referenced by gc marker or sweeper     nspan     uint32     sweepgen  uint32 // sweep generation, see comment in mspan     sweepdone uint32 // all spans are swept     // span lookup     spans        **mspan     spans_mapped uintptr      // Proportional sweep     spanBytesAlloc    uint64  // bytes of spans allocated this cycle; updated atomically     pagesSwept        uint64  // pages swept this cycle; updated atomically     sweepPagesPerByte float64 // proportional sweep ratio; written with lock, read without      // Malloc stats.     largefree  uint64                  // bytes freed for large objects (>maxsmallsize)     nlargefree uint64                  // number of frees for large objects (>maxsmallsize)     nsmallfree [_NumSizeClasses]uint64 // number of frees for small objects (<=maxsmallsize)      // range of addresses we might see in the heap     bitmap         uintptr     bitmap_mapped  uintptr     arena_start    uintptr     arena_used     uintptr // always mHeap_Map{Bits,Spans} before updating     arena_end      uintptr     arena_reserved bool      // central free lists for small size classes.     // the padding makes sure that the MCentrals are     // spaced CacheLineSize bytes apart, so that each MCentral.lock     // gets its own cache line.     central [_NumSizeClasses]struct {         mcentral mcentral         pad      [_CacheLineSize]byte     }      spanalloc             fixalloc // allocator for span*     cachealloc            fixalloc // allocator for mcache*     specialfinalizeralloc fixalloc // allocator for specialfinalizer*     specialprofilealloc   fixalloc // allocator for specialprofile*     speciallock           mutex    // lock for special record allocators. }

它最重要的结构有三个，spans，指向所有span指针，bitmap是spans的标志位，arena是堆生成区。

+---------------------+---------------+-----------------------------+ | spans 512MB .......| bitmap 32GB | arena 512GB ..................| +---------------------+---------------+-----------------------------+ +

func mHeap_SysAlloc(h *mheap, n uintptr) unsafe.Pointer {     // 如果超出了arean预留的区块限制了     if n > uintptr(h.arena_end)-uintptr(h.arena_used) {         // 使用一些系统保留的空间         ...     }      // 申请的大小在arean范围内     if n <= uintptr(h.arena_end)-uintptr(h.arena_used) {         // 使用系统的sysMap申请内存         sysMap((unsafe.Pointer)(p), n, h.arena_reserved, &memstats.heap_sys)         mHeap_MapBits(h, p+n)         mHeap_MapSpans(h, p+n)         ...     }     ... }

func sysMap(v unsafe.Pointer, n uintptr, reserved bool, sysStat *uint64) {     ...     // 最终调用mmap     p := mmap(v, n, _PROT_READ|_PROT_WRITE, _MAP_ANON|_MAP_FIXED|_MAP_PRIVATE, -1, 0)     ... }