Golang 1.14中内存分配、清扫和内存回收

Posted 2023-03-20

参考技术A

Golang的内存分配是由golang runtime完成，其内存分配方案借鉴自tcmalloc。
主要特点就是

本文中的element指一定大小的内存块是内存分配的概念，并为出现在golang runtime源码中
本文讲述x8664架构下的内存分配

Golang 内存分配有下面几个主要结构

Tiny对象是指内存尺寸小于16B的对象，这类对象的分配使用mcache的tiny区域进行分配。当tiny区域空间耗尽时刻，它会从mcache.alloc[tinySpanClass]指向的mspan中找到空闲的区域。当然如果mcache中span空间也耗尽，它会触发从mcentral补充mspan到mcache的流程。

小对象是指对象尺寸在（16B，32KB]之间的对象，这类对象的分配原则是：
1、首先根据对象尺寸将对象归为某个SpanClass上，这个SpanClass上所有的element都是一个统一的尺寸。
2、从mcache.alloc[SpanClass]找到mspan，看看有无空闲的element，如果有分配成功。如果没有继续。
3、从mcentral.allocSpan[SpanClass]的nonempty和emtpy中找到合适的mspan，返回给mcache。如果没有找到就进入mcentral.grow()—>mheap.alloc()分配新的mspan给mcentral。

大对象指尺寸超出32KB的对象，此时直接从mheap中分配，不会走mcache和mcentral，直接走mheap.alloc()分配一个SpanClass==0 的mspan表示这部分分配空间。

对于程序分配常用的tiny和小对象的分配，可以通过无锁的mcache提升分配性能。mcache不足时刻会拿mcentral的锁，然后从mcentral中充mspan 给mcache。大对象直接从mheap 中分配。

在x8664环境上，golang管理的有效的程序虚拟地址空间实质上只有48位。在mheap中有一个pages pageAlloc成员用于管理golang堆内存的地址空间。golang从os中申请地址空间给自己管理，地址空间申请下来以后，golang会将地址空间根据实际使用情况标记为free或者alloc。如果地址空间被分配给mspan或大对象后，那么被标记为alloc，反之就是free。

Golang认为地址空间有以下4种状态：

Golang同时定义了下面几个地址空间操作函数：

在mheap结构中，有一个名为pages成员，它用于golang 堆使用虚拟地址空间进行管理。其类型为pageAlloc

pageAlloc 结构表示的golang 堆的所有地址空间。其中最重要的成员有两个：

在golang的gc流程中会将未使用的对象标记为未使用，但是这些对象所使用的地址空间并未交还给os。地址空间的申请和释放都是以golang的page为单位（实际以chunk为单位）进行的。sweep的最终结果只是将某个地址空间标记可被分配，并未真正释放地址空间给os，真正释放是后文的scavenge过程。

在gc mark结束以后会使用sweep()去尝试free一个span；在mheap.alloc 申请mspan时刻，也使用sweep去清扫一下。
清扫mspan主要涉及到下面函数

如上节所述，sweep只是将page标记为可分配，但是并未把地址空间释放；真正的地址空间释放是scavenge过程。
真正的scavenge是由pageAlloc.scavenge()—>sysUnused()将扫描到待释放的chunk所表示的地址空间释放掉（使用sysUnused()将地址空间还给os）
golang的scavenge过程有两种：