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    深化了解golang:内存分配原理
    时间:2020-11-04 21:36 来源:网络整理 作者:网络 浏览:收藏 挑错 推荐 打印

    在早期内存管理中,假设顺序太大,超过了闲暇内存容量,就没有办法把全部顺序装入到内存,这时怎样办? 在许多年前,人们采用了一种叫做掩盖技术,这样一种处置方案。

    这是一种什么样的处置方案?

    就是把顺序分为若干个部分,称为掩盖块(overlay),中心思想就是分解(跟现代架构技术中分解、分模块思想很相近)。然后只把那些需求用到的指令和数据保存在内存中,而把其他的指令和数据保存在内存外。关键是需求顺序员手动来分块。

    这种技术有什么成绩呢?

    这种技术必须由顺序员手工把一个大的顺序划分为若干个小的功用模块,并确定各个模块之间的调用关系。手工做这种事情很费时费力,使得编程复杂度添加。但是,顺序员总是爱“偷懒”的,于是,人们去寻觅更好的方案。

    这个方案就是虚拟内存技术,它的基本思绪:

    顺序运转进程的总大小可以超过实践可用的物理内存的大小。每个进程都可以有本人独立的虚拟地址空间。然后经过CPU和MMU把虚拟内存地址转换为实践物理地址。

    这个就相当于在物理内存和顺序之间添加了一个中间层,虚拟内存。

    虚拟存储也可以看作是对内存的一种笼统。而且这种笼统带来诸多益处:

    它将内存看成是一个存储在磁盘上的地址空间的高速缓存,在内存中只保留了活动区域,可以依据需求在磁盘和内存间来回传送数据,高效运用内存。

    它为每个进程提供了分歧的地址空间,简化了存储的管理。

    对进程起到保护作用,不被其他进程地址空间破坏,由于每个进程的地址空间都是相互独立。

    (顺序:静态的顺序;进程:静态的,可以看作是顺序的一个实例)

    坏处:就是复杂度进一步添加,这也是必然的。不过相比带来的益处,复杂度的添加还是可以接受,并克制。

    Linux中对进程的处置笼统成了一个结构体 task_struct ,我前面文章有对这个结构体的引见。下面就看看进程的内存。

    1.2 进程的内存

    进程内存在linux(32位)中的规划:

    深化了解golang:内存分配原理

    来自: https://manybutfinite.com/post/anatomy-of-a-program-in-memory/

    最高位的1GB是linux内核空间,用户代码不能写,否则触发段错误。下面的3GB是进程运用的内存。

    Kernel space:linux内核空间内存

    Stack:进程栈空间,顺序运转时运用。它向下增长,系统自动管理

    Memory Mapping Segment:内存映射区,经过mmap系统调用,将文件映射到进程的地址空间,或许匿名映射。

    Heap:堆空间。这个就是顺序里静态分配的空间。linux下运用malloc调用扩展(用brk/sbrk扩展内存空间),free函数释放(也就是缩减内存空间)

    BSS段:包含未初始化的静态变量和全局变量

    Data段:代码里已初始化的静态变量、全局变量

    Text段:代码段,进程的可执行文件

    二、内存管理中的一些常见成绩

    未能释放曾经不再运用的内存 - 内存走漏

    指向不可用的内存指针 - 野指针

    指针所指向的对象曾经被回收了,但是指向该对象的指针依旧指向曾经回收的内存地址 - 悬挂指针

    分配或释放内存太快或许太慢

    分配内存大小不合理,形成内存碎片成绩

    内存碎片成绩

    三、TCMalloc

    可以查看前面的文章TCMalloc内存分配简析,TCMalloc内存分配器的原理和golang内存分配器原理相近,所以了解了TCMalloc,golang内存分配原理也就了解大半,不过golang对它也有一些改动。

    四、golang内存

    4.1 golang怎样处置常见内存成绩

    golang是怎样处置 二 的内存管理中的常见成绩的呢?

    针对下面的1、2、3 这三种成绩,golang运用自动渣滓回收机制,普通状况下,都不运用指针运算(要运算用unsafe包),很少的指针运用。当然,内存走漏成绩不能完全铲除,但是可以处置一大部分红绩。

    针对下面的4、5、6 这三种成绩,golang采用了多级缓存,预分配的办法,来加快内存分配和释放回收,尽量增加内存碎片。详见TCMalloc内存分配简析 。

    4.2 为什么要重新写一个内存分配器

    内核曾经有一个malloc的内存分配器,为什么还有重写一个内存分配器?

    可以看到,malloc是一个很悠久的内存分配器,但是随着时代的开展,多核多线程曾经普及,为了更好的运用多线程,提高顺序效率,以及改良内存碎片,所以重新写了一个内存分配器。从这里TCMalloc内存分配简析 可以看出TCMaloc的优点,它将内存划分为多级别,增加锁的开支。而且每个线程的缓存又分开了多个小的对象,以增加内存碎片。等等优化改良。

    所以go内存分配也承袭了这些优点。go还有一个缘由,那就是go还有GC,需求配合内存的渣滓回收。

    4.3 内存管理究竟管理哪个区域

    从下面的进程内存规划图,可以看出一个进程的内存划分了好多不同的区域,而内存管理主要管理的就是Stack和Heap,其中Stack (栈)区主要由编译器和系统管理,顺序文语主要管理Heap(堆)。而且这里的进程内存指的是虚拟内存。

    4.4 golang内存中的概念

    golang内存分配的基本思想来自TCMalloc,所以go内存分配中的几个概念与TCMalloc很相似,可以看看TCMalloc 中的概念 。

    mspan

    mspan跟tcmalloc中的span相似,它是golang内存管理中的基本单位,也是由页组成的,每个页大小为8KB,与tcmalloc中span组成的默许基本内存单位页大小相反。mspan外面按照8*2n大小(8b,16b,32b .... ),每一个mspan又分为多个object。

    就连名字也很像,mspan中的m应该是memory的第一个字母。

    mcache

    mcache跟tcmalloc中的ThreadCache相似,ThreadCache为每个线程的cache,同理,mcache可以为golang中每个Processor提供内存cache运用,每一个mcache的组成单位也是mspan。

    mcentral

    mcentral跟tcmalloc中的CentralCache相似,当mcache中空间不够用,可以向mcentral央求内存。可以了解为mcentral为mcache的一个“缓存库”,供mcaceh运用。它的内存组成单位也是mspan。

    mcentral里有两个双向链表,一个链表表示还有闲暇的mspan待分配,一个表示链表里的mspan都被分配了。

    mheap

    mheap跟tcmalloc中的PageHeap相似,担任大内存的分配。当mcentral内存不够时,可以向mheap央求。那mheap没有内存资源呢?跟tcmalloc一样,向OS操作系统央求。

    还有,大于32KB的内存,也是直接向mheap央求。

    总结

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