整合两个文章，FixAlloc 和 MSpan。

内存模型如下：

FixAlloc

FixAlloc称不上是核心组件，辅助实现整个内存分配器核心的一个基础工具。引入FixAlloc的目的只是用来分配MCache和MSpan两个特定的对象，所以内存分配器中有spanalloc和cachealloc两个组件。MCache和MSpan两个结构在malloc.h中有定义。

定义在malloc.h文件中的FixAlloc结构如下，比较关键的三个字段是alloc、list和chunk，其他的字段主要都是用来统计一些状态数据的，比如分配了多少内存之类。

struct FixAlloc
{
	uintptr size;
	void *(*alloc)(uintptr);
	void (*first)(void *arg, byte *p);	// called first time p is returned
	void *arg;
	MLink *list;
	byte *chunk;
	uint32 nchunk;
	uintptr inuse;	// in-use bytes now
	uintptr sys;	// bytes obtained from system
};

FixAlloc的内存结构图，一看就很简单，简单到没有出现本文的必要了。

list指针上挂的一个链表，这个链表的每个节点是一个固定大小的内存块，cachealloc中的list存储的内存块大小为sizeof(MCache)，而spanalloc中的list存储的内存块大小为sizeof(MSpan)。chunk指针始终挂载的是一个128k大的内存块。

FixAlloc提供了三个API，分别是runtime·FixAlloc_Init、runtime·FixAlloc_Alloc和runtime·FixAlloc_Free。

分配一个mcache和mspan的伪代码：

MCache *mcache;
mcache = (MCache *) runtime·FixAlloc_Alloc(cachealloc);

MSpan *mspan;
mspan = (MSpan *) runtime·FixAlloc_Alloc(spanalloc);

这段伪代码展示的是分配一个MCache和MSpan对象，内存分配器并不是直接使用malloc类函数向系统申请，而是走了FixAlloc。使用FixAlloc分配MCache和MSpan对象的时候，首先是查找FixAlloc的list链表，如果list不为空，就直接拿一个内存块返回使用; 如果list为空，就把焦点转移到chunk上去，如果128k的chunk内存中有足够的空间，就切割一块内存出来返回使用，如果chunk内存没有剩余内存的话，就从操作系统再申请128k内存替代老的chunk。FixAlloc的固定对象分配逻辑就这么简单，相反释放逻辑更简单了，释放的对象就是直接放到list中，并不会返回给操作系统。当然mcache的个数基本是稳定的，也就是底层线程个数，但span对象就不一定那么稳定了，所以FixAlloc的内存可能增长的因素就是span的对象太多。

MSpan

MSpan和FixAlloc一样，都是内存分配器的基础工具组件，但和FixAlloc没太大的交集，各自发挥功效而已。span(MSpan简称span)是用来管理一组组page对象，先解释一下page，page就是一个4k大小的内存块而已。span就是将这一个个连续的page给管理起来，注意是连续的page，不是东一个西一个的乱摆设的page。

MSpan结构定义在malloc.h头文件中，代码如下：

struct MSpan
{
	MSpan	*next;		// in a span linked list
	MSpan	*prev;		// in a span linked list
	PageID	start;		// starting page number
	uintptr	npages;		// number of pages in span
	MLink	*freelist;	// list of free objects
	uint32	ref;		// number of allocated objects in this span
	int32	sizeclass;	// size class
	uintptr	elemsize;	// computed from sizeclass or from npages
	uint32	state;		// MSpanInUse etc
	int64   unusedsince;	// First time spotted by GC in MSpanFree state
	uintptr npreleased;	// number of pages released to the OS
	byte	*limit;		// end of data in span
	MTypes	types;		// types of allocated objects in this span
};

span结构比较重要的字段，都出现在上面的结构图中。span的结构中有pre/next两个指针，是用来构造双向链表的。span可能会用在分配小对象（小于等于32k）的过程中，也可能会用于分配大对象(大于32k)，在分配不同类型对象的时候，span管理的元数据也大不相同。

npages表示是此span存储的page的个数（比如：上图中就画了3个page），start可以看作一个page指针，指向第一个page，有了第一个page当然就可以算出后面的任何一个page的起始地址了，因为span管理的始终是连续的一组page。这里需要注意start的类型是PageID，由此可以看出这个start保存的并不是第一个page的起始地址，而是第一个page的id值。这个id值是如何算出来的呢？其实给每个page算一个id，是非常简单的事情，只要将这个page的的地址除以4096取整(伪代码：page_addr>>20)即可，当然前提是已经保证好了每个page按4k对齐。这样一来每个page都有一个整数id了，并且任何一个内存地址都可以通过移位算出这个地址属于哪个page。

start是span最重要的一个字段，它维护好了所有的page。sizeclass如果是0的话，就代表这个span是用来分配大对象的，其他值是分配小对象。在分配小对象的时候，start字段维护的所有page，最后将会被切分成一个一个的连续内存块，内存块大小是小对象的大小，这些切分出来的内存块将被链接成为一个链表挂在freelist字段上。分配大对象的时候，freelist就没什么用了。

span干的活，也就这么一点，反正就是管理一组连续的page。内存分配器中的每个page都会属于一个span，page永远不会独立存在。span相关的API有：

// 初始化一个span结构，将分配的page放入到这个span中。
void	runtime·MSpan_Init(MSpan *span, PageID start, uintptr npages);

// 下面这些都是操作span构成的双向链表了。
void	runtime·MSpanList_Init(MSpan *list);
bool	runtime·MSpanList_IsEmpty(MSpan *list);
void	runtime·MSpanList_Insert(MSpan *list, MSpan *span);
void	runtime·MSpanList_Remove(MSpan *span);

Over ...

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