【学习笔记】3. 内存的 chunk 和 bins

1. 什么是堆

前面的例子我们已经知道栈是什么。现在我们来介绍下堆，以及堆的实现过程。

在此之前，我们先来回顾下进程的模型

图中的：heap 部分，就是我们所说的堆，我们可以通过移动 brk 指针 来动态扩充。
或者使用 mmap 申请大的内存块。

1.1 堆在进程中的地址分布

我们可以通过查看进程消息，查看进程的地址状态

cd /proc/self
cat maps

知道了堆在进程中的位置，我们来看下堆的保存形式。

1.2 堆的申请方式

堆在进程中主要存在二个地方，一个是heap ，一个是mmap mamp 主要用于存放动态链接库。

申请方式：
堆可以通过 malloc 或者 mmap 向系统内核空间申请堆空间。

• 对于一般大小的堆的申请，使用malloc
• 对于大于128K的申请，使用 mmap。

当然这些可以通过配置项修改

1.3 堆的结构体

注 ：mchunk_prev_size ： 上一个chunk 的大小。 便于管理，为了后续的chunk 合并

1.3.1 已分配出去的chunk

特别注意 ： 申请返回的指针，指向的 user data。
所以如果申请的是 24k，那么堆实际的空间大小 > 24k,因为它包含了头信息

1.3.2 空闲的chunk

一般会是 free 掉的，或者截取剩下的chunk

我们可以从头部中看出，这个chunk 是否来自主进程，以及它的分配方式。

fd bk 存放链表的指针，双向指针。 一个图形可以很好的解释这个情况。

2. bins

2.1 为什么使用 bins

说完了chunk ，我们紧接着谈下关联的 bins。

用户通过系统调用，申请使用内存。 使用完之后（比如free之后，程序结束之后），不会立即的返回给内核空间。（不断的切换用户态和内核态，系统消耗还是蛮大的）

所以对于heap中申请的 内存，使用完之后，不会立即释放，而是通过链表的形式保存在用户态，便于下次的再次调用。

bins 按照内存的大小，一共有128个，通过数组的形式来维护起来。

2.2 bins 的分类

我们可以从上图中，看出，bins 有

1. Fast bins
2. unsorted bins
3. Small bins
4. Large bins

small bins ： 小于 512B 的chunk
large bins ： 512B - 128K的 chunk
unsorted bins ： 一般free 的chunk 大部分会存放到unsorted bins 里面，等待下次申请时候，再分配。 另外切割剩下的部分也会被放到 unsorted bins。 所以更多的像是一个temp ，中转站
fast bins ： 相当于 bins 的缓存，采用单链表的形式，便于快速查询使用。一般都是比较小的chunk，大小是0-64B。

2.3 bins 的调用顺序

1. fast bins。 针对小字节的chunk ，第一步先从 fast chunk 里面查找。 因为是单链表，且是相同大小的，速度比较快。
2. small bins ： 单个链表下chunk大小相同，不同链表的chunk间隔是8B。
3. unsorted bins： 先查询 unsorted bins 有没有合适的，如果没有，会把 fast bins 中的bins 拿过来，用于合并和切割。 然后分配到 small bins 和 large bins。
4. large bins，一个链表中大小不一样，是处于一个范围内，间隔也不相同。
5. top chunk。 对于从large bins 查找不到的内存块，需要从heap 旁的chunk 去申请。可以通过移动brk 指针
6. mmap chunk。 对于大于 128k，需要从mmap 中申请

100. 致敬

如有不详，请参考王老师的精彩讲解 堆栈管理
学习过程中，获得了极大的满足感，把之前的一些东西串联了起来。十分感谢 王利涛老师。
在此表示感谢。
PS：本文中所有的资源和图片均来自视频中
另外十分推荐一本书 深入理解计算机系统