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TCMalloc的使用与源码剖析(申请和归还)-itarticl.cc-IT技术类文章记录&分享

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内存分配流程图如下图,具体流程如下：

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1、 Tcmalloc首先判断malloc的size是否大于kMaxSize，如果小于这个值，那么将size转换为想的obj class，然后从当前thread私有的cache中Allocate，转至第2步。如果请求的size大于kMaxSize那么跳至第10。

2、首先判断当前的threadcache中obj calss对应的freelist中是否包含有空闲的obj，如果有直接pop出来，否则从CentralCache中拿，转下一步。

3、CentralCache和ThreadCache之间obj的转移采用batch方式，每次转移固定数量的obj，这个数量通过Static::sizemap()->num_objects_to_move定义，当然在决定最终转移数量时还是需要不能超过ThreadCache相应list的maxlength。然后通过CentralCache对应freelist的RemoveRange函数将确定大小的obj转移出来，并通过对应list的PushRange函数将这些obj插入ThreadCache对应的freelist。

4、 CentralCache通过RemoveRange将特定数量的obj移出，CentralCache将连续的内存看做一个Span，Span是CentralCache管理内存的一个主要数据结构。而Span又被切分成N个统一大小的obj。

5、在Allocate的过程中，首先判断需要Allocate的obj数量是不是正好符合num_objects_to_move，如果是而且CentralCache用来存放span的slots不为空，那么直接从slots里面拿，否则从nonempty队列中的Span拿。

6、 Nonempty队列存放了所有可用的Span，那么从头开始一个个拿，如果拿光了还是不能满足要求，那么只能通过向pageheap要求一个span，这个span的size由class_to_pages决定，然后再将这个Span切成obj返回给CentralCache。然后再次尝试从Span分配。

7、 Pageheap管理整个系统page级别的allocate，他通过两个数据结构管理所有的Span（free_数组和large_列表），free_数组存放size小于kMaxPages的Span，而large_列表存放大于等于kMaxPages的Span。PageHeap首先判断要求的pages是否大于等于kMaxPages，如果小于那么先从free数组中找，从要求大小的位置开始往后找，先找normal队列再找return对队列。如果在normal队列中找到且找到的Span状态为Span::ON_NORMAL_FREELIST，那么直接从里面切出需要的Span返回给CentralCache。如果在return队列中找到且找到的Span状态为Span::ON_RETURNED_FREELIST那么直接从里面切出需要的Span返回给CentralCache。

8、如果需要的size不符合上述要求或者在上述队列中没有找到那么将从large_队列中找。从large_队列中查找时，首先从normal队列入手，然后再从return队列找，他将找到size最符合且地址在空闲Span中最小的Span，然后切出来返回。

9 如果large_队列中都没有找到合适的Span，那么将通过GrowHeap增长Heap的方式，通过TCMalloc_SystemAlloc向系统申请内存。并包装成Span，并插入heap中，然后再次进行分配。

10、来到此处代表分配的内存是大于32k的，那么将向heap直接请求跳到第7步。

TCMalloc中内存释放流程

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线程缓冲区的大小的确定

Tcmallloc官方文档上说线程缓冲区的大小是慢启动的，在源码中找到了它的慢启动代码，但是还没有研究明白这个慢启动到底是一个什么逻辑。

程序里有三处地方与该缓冲区大小确定有关，三处地方分别是FetchFromCentralCache，ListTooLong以及Scavenge。具体怎么确定的还没有研究，先做个备忘录而已。

恰当线程缓冲区大小至关重要，如果缓冲区太小，我们需要经常去CentralHeap分配；如果线程缓冲区太大，又致使大量对象闲置而浪费内存。

注意到恰当的线程缓冲区的大小对内存的释放一样重要。如果没有线程缓冲，每次内存释放都需要把内存移回到Central Heap。同样，一些线程有不对称的内存分配和释放行为（例如：生产者和消费者线程），所以确定恰当的缓冲区大小也很棘手。

确定缓冲区大小，我们采用“慢开始”算法来确定每一个尺寸内存链表的最大长度。当某个链表使用更频繁，我们就扩大他的长度。如果我们某个链表上释放的操作比分配操作更多，它的最大长度将被增长到整个链表可以一次性有效的移动到Central Heap的长度。

下面的伪代码说明了这种慢开始算法。注意到num_objects_to_move对每一个尺寸是不同的。通过移动特定长度的对象链表，中央缓冲可以高效的将链表在线程中传递。如果线程缓冲区的需要小于num_objects_to_move，在中央缓冲区上的这种操作具有线性的时间复杂度。使用num_objects_to_move作为从中央缓冲区传递的对象数量的缺点是，它将不需要的那部分对象浪费在线程缓冲区。