spans区域存放span的指针,每个指针对应一个page , 所以span区域的大小为(512GB/8KB)乘以指针大小8byte = 512M
bitmap区域大小也是通过arena计算出来,不过主要用于GC 。
span是用于管理arena页的关键数据结构,每个span中包含1个或多个连续页,为了满足小对象分配,span中的一页会划分更小的粒度,而对于大对象比如超过页大小 , 则通过多页实现 。
根据对象大小,划分了一系列class,每个class都代表一个固定大小的对象,以及每个span的大小 。如下表所示:
上表中每列含义如下:
class: class ID,每个span结构中都有一个class ID, 表示该span可处理的对象类型
bytes/obj:该class代表对象的字节数
bytes/span:每个span占用堆的字节数 , 也即页数乘以页大小
objects: 每个span可分配的对象个数,也即(bytes/spans)/(bytes/obj)waste
bytes: 每个span产生的内存碎片,也即(bytes/spans)%(bytes/obj)上表可见最大的对象是32K大小 , 超过32K大小的由特殊的class表示,该class ID为0,每个class只包含一个对象 。
span是内存管理的基本单位,每个span用于管理特定的class对象, 跟据对象大小,span将一个或多个页拆分成多个块进行管理 。src/runtime/mheap.go:mspan定义了其数据结构:
以class 10为例,span和管理的内存如下图所示:
spanclass为10,参照class表可得出npages=1,nelems=56,elemsize为144 。其中startAddr是在span初始化时就指定了某个页的地址 。allocBits指向一个位图,每位代表一个块是否被分配 , 本例中有两个块已经被分配 , 其allocCount也为2 。next和prev用于将多个span链接起来,这有利于管理多个span,接下来会进行说明 。
有了管理内存的基本单位span,还要有个数据结构来管理span,这个数据结构叫mcentral,各线程需要内存时从mcentral管理的span中申请内存,为了避免多线程申请内存时不断的加锁,Golang为每个线程分配了span的缓存,这个缓存即是cache 。src/runtime/mcache.go:mcache定义了cache的数据结构
alloc为mspan的指针数组,数组大小为class总数的2倍 。数组中每个元素代表了一种class类型的span列表,每种class类型都有两组span列表,第一组列表中所表示的对象中包含了指针 , 第二组列表中所表示的对象不含有指针,这么做是为了提高GC扫描性能,对于不包含指针的span列表,没必要去扫描 。根据对象是否包含指针,将对象分为noscan和scan两类,其中noscan代表没有指针,而scan则代表有指针,需要GC进行扫描 。mcache和span的对应关系如下图所示:
mchache在初始化时是没有任何span的,在使用过程中会动态的从central中获取并缓存下来,跟据使用情况,每种class的span个数也不相同 。上图所示 , class 0的span数比class1的要多 , 说明本线程中分配的小对象要多一些 。
cache作为线程的私有资源为单个线程服务,而central则是全局资源,为多个线程服务,当某个线程内存不足时会向central申请,当某个线程释放内存时又会回收进central 。src/runtime/mcentral.go:mcentral定义了central数据结构:
lock: 线程间互斥锁,防止多线程读写冲突
spanclass : 每个mcentral管理着一组有相同class的span列表
nonempty: 指还有内存可用的span列表
empty: 指没有内存可用的span列表
nmalloc: 指累计分配的对象个数线程从central获取span步骤如下:
将span归还步骤如下:
从mcentral数据结构可见,每个mcentral对象只管理特定的class规格的span 。事实上每种class都会对应一个mcentral,这个mcentral的集合存放于mheap数据结构中 。src/runtime/mheap.go:mheap定义了heap的数据结构:
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