今天看了下内核使用的malloc和free,受益颇丰,现在回想起来以前看golang的runtime中内存的管理部分感觉清晰了很多。linux0.11部分内核的方法名也叫malloc,之后的版本为了和用户程序的区分改成了kmalloc,但分桶思想大概相同
首先明确几个变量和数据结构
- free_bucket_desc 这个是当前未使用的桶描述符的链表
- _bucket_dir,通描述符目录,每个大小的通描述符的目录,其中size记录了桶的大小,bucket_desc是指向桶描述符的指针。每个bucket_desc都有next指针来组成一个链表
- bucket_desc,关键对象,一个描述符被第一次使用的时候,会申请一页地址,并且根据该描述符所在的大小将该页切割成不同的块,每个块初始化的时候前4个字节都会被写入后一个块的地址(这样在页内其实就形成了一个隐式的链表),并把第一个块的地址放入bucket_desc的freeptr字段中,每申请一个,该字段就取当前块的指针所对应的块的地址(有点绕,注意体会)存入freeptr。
malloc流程
- 遍历bucket_dir寻找一个能容纳当前块的桶目录,找不到就报错
- 找到桶目录后遍历该桶的描述符,如果找到一个描述符的freeptr是有效的桶则进入第5步
- 没找到的话说明需要申请一个新描述符了,首先去free_bucket_desc取一个,取不到则调用init_bucket_desc方法申请一页内存,并按照bucket_desc大小切分该页,初始化他们next字段组成链表加入到free_bucket_desc中,然后取出来一个
- 取出的这个描述符我们改变他的next,让他从free中删去,加入我们对应大小的桶目录中,初始化描述符的引用次数,块大小字段,然后调用get_free_page申请一页内存,把返回的地址存入page和freeptr字段
- 对新申请的页初始化,按照当前描述符大小切割页面,并给切割后的块前4个字节写入下一个块的地址组成链表
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free
free其实没啥可说的,最有意思的还是指针的退还,假如一页分配了1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,0,0
当前描述符的freeptr指向第一个0也就是没用过的地方,这时候假如free(4),就会把4这个快标记为未使用,也就是让描述符的freeptr指向4,并把4的内容抹去,然后前4个字节写入9后面那个0,这样下次申请的时候还是申请4这个位置!
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