TCMalloc的使用与源码剖析之三---------TCMalloc的内存分配的主要层次

（1）第一层,线程局部分配，ThreadCache

       ThreadCache包含了一个不同对象大小的空闲链表数组，其实现采用操作系统的线程局部存储功能。分配时几乎不需要用锁，除非触发CentralCache的操作。

ThreadCache中的重要数据结构:

pthread_t     tid_;   绑定线程，达到每个线程有个缓冲池的目的

FreeList      list_[kNumClasses];  这个数组就是上图中的第一列，如下图

 

数组中的每一个节点就是代表上图中的每一行，如下图

每个class对应多大的内存空间?这个表示每组的大小的变量在哪里？

不存在这样的变量，但是通过映射关系可以达到一个class管一类size的作用，

如下图所示，由cl 得到list_[cl],这也即是一个class。

至于cl，是由class_array_得到的，关于这个内容在第五章:几个重要的数据结构

若申请的内存是13字节，但分配的却是15字节，那么便会有2个字节的内存碎片（内部碎片）。

（2）第二层 ,中心分配,Centralcache

该层的分配需要锁。CentralCache和ThreadCache之间的空闲链表是一一对应的，以子链表为单位（obj个数很可能为num_objects_to_move（cl），见do_malloc与do_free流程图）进行互相交换。

CentralCache的内存从PageHeap里获得。从PageHeap获得的内存叫Span。一个Span在使用时只能用于同一大小的空闲链表，一但CentralCache从PageHeap中获取新的Span，这个Span就是一个串好的相同大小内存的空闲链表。

Centralcache中有几个重要数据结构:

1.     TCEntry  tc_slots_[kMaxNumTransferEntries];

tc_slots_每个节点存放的是一组obj链表，这一组obj的个数为num_objects_to_move，TCEntry结构体有两指针，分别指向这个链表的头和尾。

tc_slots_存放的是threadCache向CentralCache归还的obj链表，并且只有当个数满足num_objects_to_move时，才会放入tc_slots_。否则归还的obj根据其所处的span，进行归还，若对应的span是empty,那么由于此时被归还内存了，所以其有空闲obj了，便把该span从empty队列清除，把其加入nonempty队列。

2.      span empty

FetchFromSpans函数把一个obj从nonempty队列中的一个span中切出，准备给threadCache。当切完这个obj后，如果该span已经没有内存空间了，那么便把该span从nonempty队列移除，并加入empty队列。

3.     span nonempty

CentralCache从中央页堆申请页面，中央页堆以span的形式返回。在CentralCache中会把该span切成大小为class_to_size的obj，并把所有的obj链接起来，链表头为span->objects。再把该链表加入nonempty队列。

Nonempty队列另外一个被加入span的地方在内存从threadCache归还给CentralCache时，具体情况见上面”tc_slots_”这一数据结构的描述。

 

（3）第三层,中央页堆，PageHeap

       PageHeap以一定数量连续页面内存的形式提供内存。这组连续的页面由一个Span对象描述，Span对象和它描述的页面内存是独立的。Span对象保存了页面的id序列，页面id左移一个page就是内存的地址。由于页面和Span内存独立，需要用page id反向映射查找Span对象就需要单独的映射表。这个表用radix tree实现，兼顾效率和内存。PageHeap还负责合并和拆分相邻的Span。

PageHeap重要数据结构:

SpanList   large_;

SpanList   free_[kMaxPages];

中央页堆是由空闲内存列表组成的数组。对于i< 256而言，数组的第k个元素是一个由每个单元是由k个页面组成的空闲内存链表(这也即是free_)。第256个条目（这即是large_）则是一个包含了长度>= 256个页面的空闲内存链表：

而SpanList为

struct SpanList {

    Span       normal;

    Span       returned;

  };

Returned代表的是已经归还给系统的span

 

（4）第四层，系统页面分配，

这就是调用系统函数了。