GO内存管理与分配

go的内存管理是由标准库自动完成的从内存管理到不再使用的情况，尽管开发人员不需要去处理它，go的底层管理经过了良好的优化并且充满了有趣的概念

go的内存分配器

相关结构为：

  fixalloc: 用于固定大小的堆外对象自由列表分配器
  mheap:内存堆，以页面8192粒度进行管理
  mspan:由mheap管理的一系列页面
  mcentral：手动给定大小类的所有跨度
  mcache：具有可用空间mspans每个P缓存
  mstats：分配统计信息

基本策略

1、每次从操作系统申请一大块的内存以减少系统调用
2、将申请到大块内存按照预先的切分成小块构成链表
3、为对象分配内存 只需要从大小合适的链表提取一个小块就可
4、回收帝乡内存时，将该小块内存重现归还到原链表，仪表复用
5、闲置内存过多把一部分内存给操作吸引，降低整体的开销

虚拟的内存布局

堆由一系列的arena组成，这些在64位上位64mb在32位位4mb每一个arena开始地址和他们的大小是对齐的。
每一个arena都有一个关联的heapArea对象，该对象存储一些元数据所有对象的堆位图
由于areana是对齐的，因此可以将地址视为一系列的areana帧，这些为一个地址，对于地址为nil的 不受go堆支持，arena map 为L1 map和L2
组成的两极数组。

堆上分配

go的内存管理被设计成非常快的在并发环境与垃圾收集器集成在一起。举个例子：

package main

type smallStruct struct {
   a, b int64
   c, d float64
}

func main() {
   smallAllocation()
}

//go:noinline
func smallAllocation() *smallStruct {
   return &smallStruct{}
}

这个go:noinline将不会被内联将通过删除函数来优化，因此，最终将不进行分配。
运行这个降本分析命令go tool compile "m" main.go 将会去验证go的分配模式

main.go:14:9: &smallStruct literal escapes to heap

由于go tool compile-s main.go，转储此程序的程序集代码还将显式显示分配：

0x001d 00029 (main.go:14)   LEAQ   type."".smallStruct(SB), AX
0x0024 00036 (main.go:14)  PCDATA $0, $0
0x0024 00036 (main.go:14)  MOVQ   AX, (SP)
0x0028 00040 (main.go:14)  CALL   runtime.newobject(SB)

newobject函数是用于新分配和代理mallocgc的内置函数，该函数在堆上管理这些分配和代理。Go中有两种策略，一种是针对小的分配，另一种是针对大的分配。

小分配

1、将变为小尺度类别之一，然后在p的mcachae中查找相应的mspan，扫描msapn的空闲插槽，分配它，可用在不获取锁的情况下完成
2、如果span没有可用的插槽，获取UI个新的msapn，会从mcentral所需大小的msapn列表中获取可用空间的类，得到整个跨度会分销锁定中心成本。
3、如果mcentral的mspan列表为空，获得一个centra来自mheap的页面
4、如果mheap卫康或没有足够大的页面圆形，将会从操作系统中分配一组页 至少是1mb， 去操作系统分配大量的页

对于32kb以下的小分配，go将尝试从名为mcache的本地缓存获取内存。此缓存处理一个名为mspan的SPAN列表，其中包含可用于分配的内存：

1_vM6qAEYPPNo901TbXRaMkw.png

每个线程m被分配给一个处理器p，并且一次最多处理一个goroutine。在分配内存时，我们当前的goroutine将使用其当前m的本地缓存来查找SPAN列表中的第一个可用对象。使用此本地缓存不需要锁定，并使分配更有效

span列表分为大约70个大小类，从8字节到32k字节，可以存储不同的对象大小：

1_DrCABMaTrikx-cr3Y8qxWQ.png

每个span存在两次：一个包含不包含指针的对象的列表，另一个包含指针。这种区别将使垃圾收集器的使用寿命变得更容易，因为它不必扫描不包含任何指针的范围
在我们前面的示例中，结构的大小为32字节，将适合32字节的范围

1_Wc3ITlMVvZyVu7osG4n_Pw (1).png

现在，我们可能想知道，如果在分配期间SPAN没有空闲插槽，会发生什么情况。go维护每个大小的跨度类（称为mcentral）的中心列表，其中包含自由对象的跨度和不包含自由对象的跨度：

1_FWwcHcL0sgmp9eaidCZiEQ (1).png

mcentral维护一个span双链表，每个span独有对上一个span和下一个span的引用，一个span在空的列表中的包含着一些已使用的内存。事实上，当垃圾收集器清理一部分内存时，它可以清理一部分空间，这些空间将被放回已清理这些空闲的空槽列表中
如果插槽用完，我们的程序现在可以从中央列表中请求一个span：

1_8addqzg5-8vRE4aKFkJ-ew (1).png

如果这个空的列表中没有可用的span，就需要去中心列表申请一个新的span，新的span将从堆中分配并链接到中心列表：

1_5k14MlKkyRxUi7pqW69EdQ.png

堆在需要时从操作系统中提取内存。如果需要更多的内存，堆将分配一大块称为arena的内存，64位体系结构为64MB，其他大部分体系结构为4MB。竞技场还将内存页映射为span：

1_3i6nEwjnHVdCnCIGBkzQFA.png

大分配

go不使用本地缓存管理大型分配。这些大于32KB的分配被舍入到页面大小，页面直接分配给堆。

1_3i6nEwjnHVdCnCIGBkzQFA.png

完整分配过程如下：

1_q9PZ3azdW--DY3SFpKlfBA.png

参考：https://medium.com/a-journey-with-go/go-memory-management-and-allocation-a7396d430f44