深入Linux的内存管理，关于PTMalloc3、Hoard和TCMalloc

Linux中malloc的早期版本是由Doug Lea实现的，它有一个重要问题就是在并行处理时多个线程共享进程的内存空间，各线程可能并发请求内存，在这种情况下应该如何保证分配和回收的正确和有效。Wolfram Gloger在Doug Lea的基础上改进使得glibc的malloc可以支持多线程——ptmalloc，在glibc-2.3.x.中已经集成了ptmalloc2，这就是我们平时使用的malloc，目前ptmalloc的最新版本ptmalloc3。

其做法是，为了支持多线程并行处理时对于内存的并发请求操作，malloc的实现中把全局用户堆（heap）划分成很多子堆（sub-heap）。这些子堆是按照循环单链表的形式组织起来的。每一个子堆利用互斥锁（mutex）使线程对于该子堆的访问互斥。当某一线程需要调用malloc分配内存空间时，该线程搜索循环链表试图获得一个没有加锁的子堆。如果所有的子堆都已经加锁，那么malloc会开辟一块新的子堆，对于新开辟的子堆默认情况下是不加锁的，因此线程不需要阻塞就可以获得一个新的子堆并进行分配操作。在回收free操作中，线程同样试图获得待回收块所在子堆的锁，如果该子堆正在被别的线程使用，则需要等待直到其他线程释放该子堆的互斥锁之后才可以进行回收操作。

         申请小块内存时会产生很多内存碎片，ptmalloc在整理时需要对子堆做加锁操作，每个加锁操作大概需要5～10个cpu指令，而且程序线程数很高的情况下，锁等待的时间就会延长，导致malloc性能下降。

因此很多大型的服务端应用会自己自己实现内存池，以降低向系统malloc的开销。Hoard和TCmalloc是在glibc和应用程序之间实现的内存管理。Hoard的作者是美国麻省的Amherst College的一名老师，理论角度对hoard的研究和优化比较多，相关的文献可以hoard主页下载到到。从我自己项目中的系统使用来看，Hoard确实能够很大程度的提高程序的性能和稳定性。TCMalloc（Thread-Caching Malloc）是google开发的开源工具──“google-perftools”中的成员。这里有它的系统的介绍和安装方法。因为人品原因，我第一次编译tcmalloc没有通过，有因为决定为自己的程序实现内存管理，这个就浅尝辄止了。

         下一篇文章会介绍实现自己内存管理系统方法，主要侧重在替换linux系统默认malloc的三个方法。