一次艰难的堆探索

堆的认识

初始堆

是虚拟地址空间的的一块连续的线性区域
提供动态分配的内存，允许程序申请大小未知的内存
在用户与操作系统之间，作为动态内存管理的中间人
响应用户的申请内存请求，向操作系统申请内存，然后将其返回给用户程序
管理用户所释放的内存，适时归还给操作系统

堆区域为Data上边，增长方向为低地址到高地址
shared libraries也是堆区域

申请内存的系统调用

对于主线程可以用brk、mmap申请栈空间
对于子线程只能用mmap申请栈空间
brk申请空间是把data上面的heap向上增长，mmap申请空间是在物理内存映射到虚拟地址

堆管理器与用户的交互

arena

内存分配区，可以理解为堆管理器所持有的内存池

操作系统–>堆管理器–>用户

物理内存–>arena–>可用内存

堆管理器与用户的内存交易发生于arena中，可以理解为堆管理器向操作系统批发下来的有有冗余的内存库存

堆的基本单位chunk

用户申请内存的单位，也是堆管理器管理内存的基本单位，malloc()返回指针指向一个chunk的数据区域

struct malloc_chunk {

  INTERNAL_SIZE_T      prev_size;  /* Size of previous chunk (if free).  */
  INTERNAL_SIZE_T      size;       /* Size in bytes, including overhead. */

  struct malloc_chunk* fd;         /* double links -- used only if free. */
  struct malloc_chunk* bk;

  /* Only used for large blocks: pointer to next larger size.  */
  struct malloc_chunk* fd_nextsize; /* double links -- used only if free. */
  struct malloc_chunk* bk_nextsize;
};

mallco chunk

prve_size ：表示前一个已经释放的chunk的大小，当前一个chunk没有释放时，无意义
size ：表示自身chunk的大小，有三个标志位A、M、P
- A ：chunk 是否属于主线程，1表示不属于，0表示属于
- M ：chunk是否用由mmap系统调用分配，1表示是，0表示不是
- P ：chunk前一个chunk是否在使用，1表示在使用，0表示被释放

free chunk

fastbin free chunk

smallbin free chunk

lagerbin free chunk

bin机制

bin链的保存（struct_ malloc_state结构体）

typedef struct malloc_chunk* mchunkptr;
typedef struct malloc_chunk *mfastbinptr;
/**
 * 全局malloc状态管理
 */
struct malloc_state
{
  /* Serialize access. 同步访问互斥锁 */
  __libc_lock_define (, mutex);
 
  /* Flags (formerly in max_fast).
   * 用于标记当前主分配区的状态
   *  */
  int flags;
 
  /* Set if the fastbin chunks contain recently inserted free blocks.  */
  /* Note this is a bool but not all targets support atomics on booleans.  */
  /* 用于标记是否有fastchunk */
  int have_fastchunks;
 
  /* Fastbins fast bins。
   * fast bins是bins的高速缓冲区，大约有10个定长队列。
   * 当用户释放一块不大于max_fast（默认值64）的chunk（一般小内存）的时候，会默认会被放到fast bins上。
   * */
  mfastbinptr fastbinsY[NFASTBINS];
 
  /* Base of the topmost chunk -- not otherwise kept in a bin */
  /* Top chunk ：并不是所有的chunk都会被放到bins上。
   * top chunk相当于分配区的顶部空闲内存，当bins上都不能满足内存分配要求的时候，就会来top chunk上分配。 */
  mchunkptr top;
 
  /* The remainder from the most recent split of a small request */
  mchunkptr last_remainder;
 
  /* Normal bins packed as described above
   * 常规 bins chunk的链表数组
   * 1. unsorted bin：是bins的一个缓冲区。当用户释放的内存大于max_fast或者fast bins合并后的chunk都会进入unsorted bin上
   * 2. small bins和large bins。small bins和large bins是真正用来放置chunk双向链表的。每个bin之间相差8个字节，并且通过上面的这个列表，
   * 可以快速定位到合适大小的空闲chunk。
   * 3. 下标1是unsorted bin，2到63是small bin，64到126是large bin，共126个bin
   * */
  mchunkptr bins[NBINS * 2 - 2];
 
  /* Bitmap of bins
   * 表示bin数组当中某一个下标的bin是否为空，用来在分配的时候加速
   * */
  unsigned int binmap[BINMAPSIZE];
 
  /* 分配区全局链表：分配区链表，主分配区放头部，新加入的分配区放main_arean.next 位置 Linked list */
  struct malloc_state *next;
 
  /* 分配区空闲链表 Linked list for free arenas.  Access to this field is serialized
     by free_list_lock in arena.c.  */
  struct malloc_state *next_free;
 
  /* Number of threads attached to this arena.  0 if the arena is on
     the free list.  Access to this field is serialized by
     free_list_lock in arena.c.  */
  INTERNAL_SIZE_T attached_threads;
 
  /* Memory allocated from the system in this arena.  */
  INTERNAL_SIZE_T system_mem;
  INTERNAL_SIZE_T max_system_mem;
};