Glibc内存管理--ptmalloc2源代码分析（四）

3.2 Ptmalloc内存管理概述

3.2.1简介

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高效。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。ptmalloc2的性能略微比ptmalloc3要高一点点。

ptmalloc实现了malloc()，free()以及一组其它的函数. 以提供动态内存管理的支持。分配器处在用户程序和内核之间，它响应用户的分配请求，向操作系统申请内存，然后将其返回给用户程序，为了保持高效的分配，分配器一般都会预先分配一块大于用户请求的内存，并通过某种算法管理这块内存。来满足用户的内存分配要求，用户释放掉的内存也并不是立即就返回给操作系统，相反，分配器会管理这些被释放掉的空闲空间，以应对用户以后的内存分配要求。也就是说，分配器不但要管理已分配的内存块，还需要管理空闲的内存块，当响应用户分配要求时，分配器会首先在空闲空间中寻找一块合适的内存给用户，在空闲空间中找不到的情况下才分配一块新的内存。为实现一个高效的分配器，需要考虑很多的因素。比如，分配器本身管理内存块所占用的内存空间必须很小，分配算法必须要足够的快。

3.2.2内存管理的设计假设

Ptmalloc在设计时折中了高效率，高空间利用率，高可用性等设计目标。在其实现代码中，隐藏着内存管理中的一些设计假设，由于某些设计假设，导致了在某些情况下ptmalloc的行为很诡异。这些设计假设包括：

1. 具有长生命周期的大内存分配使用mmap。
2.   特别大的内存分配总是使用mmap。
3. 具有短生命周期的内存分配使用brk，因为用mmap映射匿名页，当发生缺页异常时， linux内核为缺页分配一个新物理页，并将该物理页清0，一个mmap的内存块需要映射多个物理页，导致多次清0操作，很浪费系统资源，所以引入了mmap分配阈值动态调整机制，保证在必要的情况下才使用mmap分配内存。
4. 尽量只缓存临时使用的空闲小内存块，对大内存块或是长生命周期的大内存块在释放时都直接归还给操作系统。
5.   对空闲的小内存块只会在malloc和free的时候进行合并，free时空闲内存块可能放入pool中，不一定归还给操作系统。
6. 收缩堆的条件是当前free的块大小加上前后能合并chunk的大小大于64KB、，并且堆顶的大小达到阈值，才有可能收缩堆，把堆最顶端的空闲内存返回给操作系统。
7.   需要保持长期存储的程序不适合用ptmalloc来管理内存。
8. 为了支持多线程，多个线程可以从同一个分配区（arena）中分配内存，ptmalloc假设线程A释放掉一块内存后，线程B会申请类似大小的内存，但是A释放的内存跟B需要的内存不一定完全相等，可能有一个小的误差，就需要不停地对内存块作切割和合并，这个过程中可能产生内存碎片。

由于学习ptmalloc源代码的目的是要解决项目中遇到的内存暴增问题，所以主要关注了ptmalloc可能造成内存管理问题的假设，所以不免有点鸡蛋里挑骨头的味道。