Go語言記憶體 Clerk-MSpan

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MSpan和FixAlloc一樣，都是記憶體 Clerk的基礎工具組件，但和FixAlloc沒太大的交集，各自發揮功效而已。span(MSpan簡稱span)是用來管理一組組page對象，先解釋一下page，page就是一個4k大小的記憶體塊而已。span就是將這一個個連續的page給管理起來，注意是連續的page，不是東一個西一個的亂擺設的page。為了直觀形象的感受一下span，還是得畫個圖吧，圖形是最好的交流語言。

MSpan結構定義在malloc.h標頭檔中，代碼如下：

struct MSpan{MSpan*next;// in a span linked listMSpan*prev;// in a span linked listPageIDstart;// starting page numberuintptrnpages;// number of pages in spanMLink*freelist;// list of free objectsuint32ref;// number of allocated objects in this spanint32sizeclass;// size classuintptrelemsize;// computed from sizeclass or from npagesuint32state;// MSpanInUse etcint64   unusedsince;// First time spotted by GC in MSpanFree stateuintptr npreleased;// number of pages released to the OSbyte*limit;// end of data in spanMTypestypes;// types of allocated objects in this span};

span結構比較重要的欄位，都出現在上面的結構圖中了，當然並不是說其他的欄位就不重要了。span的結構中有pre/next兩個指標，一看就能猜到是用來構造雙向鏈表的。沒錯，在實際的使用中，span確實是出現在雙向迴圈鏈表中。span可能會用在分配小對象（小於等於32k）的過程中，也可能會用於分配大對象(大於32k)，在分配不同類型對象的時候，span管理的中繼資料也大不相同。

npages表示是此span儲存的page的個數（比如：中就畫了3個page），start可以看作一個page指標，指向第一個page，有了第一個page當然就可以算出後面的任何一個page的起始地址了，因為span管理的始終是連續的一組page。這裡需要注意start的類型是PageID，由此可以看出這個start儲存的並不是第一個page的起始地址，而是第一個page的id值。這個id值是如何算出來的呢？其實給每個page算一個id，是非常簡單的事情，只要將這個page的的地址除以4096取整(虛擬碼：page_addr>>20)即可，當然前提是已經保證好了每個page按4k對齊。是不是覺得很精妙，這樣一來每個page都有一個整數id了，並且任何一個記憶體位址都可以通過移位算出這個地址屬於哪個page，這個很重要。

start是span最重要的一個欄位，它維護好了所有的page。sizeclass如果是0的話，就代表這個span是用來分配大對象的，其他值當然都是分配小對象了。在分配小對象的時候，start欄位維護的所有page，最後將會被切分成一個一個的連續記憶體塊，記憶體塊大小當然就是小對象的大小，這些切分出來的記憶體塊將被連結成為一個鏈表掛在freelist欄位上。分配大對象的時候，freelist就沒什麼用了。

span乾的活，也就這麼一點，反正就是管理一組連續的page。記憶體 Clerk中的每個page都會屬於一個span，page永遠不會獨立存在。span相關的API有：

// 初始化一個span結構，將分配的page放入到這個span中。voidruntime·MSpan_Init(MSpan *span, PageID start, uintptr npages);// 下面這些都是操作span構成的雙向鏈表了。voidruntime·MSpanList_Init(MSpan *list);boolruntime·MSpanList_IsEmpty(MSpan *list);voidruntime·MSpanList_Insert(MSpan *list, MSpan *span);voidruntime·MSpanList_Remove(MSpan *span);

span就先寫到這裡，接下來寫mcache, mcentral, mheap等核心組件的時候還會涉及到如何使用span的。

註：本文基於Go1.1.2版本代碼

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寫到這裡，我感覺自己並沒有將span寫清楚了，寫源碼分析類技術文章真心比讀源碼有挑戰，我試圖在用最小的代碼展示來將原理述說清楚。發現自己的功底還是不夠啊。