ART学习笔记(二)RosAlloc
前言
上一篇笔记记录了ART虚拟机中的各种Space，而MallocSpace这个虚类就是ART设计与实现如C语言般的内存分配及释放，而且ART中默认用的是RosAllocSpace，它的内存分配和释放算法是依赖于rosalloc实现的
# RosAlloc关键类及成员变量
- FreePageRun： 在RosAlloc中通过AllocPages提供整数倍页大小内存分配的接口，而FreePageRun是RosAlloc中的内部类，用于帮助RosAlloc管理页内存的分配
- Slot：代表内存分配的单元（有42种不同的粒度）
- Run： RosAlloc的内部类，一个Run对象代表了一个内存分配的资源池（多个内存分配粒度一样的slot）
- SlotFreeList：管理Slot的空闲链表
- RosAlloc：实际提供内存分配的关键类
// RosAlloc成员变量声明
// kNumOfSizeBrackets = 42
static size_t bracketSizes[kNumOfSizeBrackets];
static size_t numOfPages[kNumOfSizeBrackets];
- bracketSizes： rosalloc设计了42种不同粒度的内存分配单元（Slot），bracketSizes用于描述每种slot所支持的内存分配粒度，比如：
- barcketSizes[0] = 8
- barcketSizes[1] = 16
- barcketSizes[41] = 2KB
- 内存分配时要选择一种粒度的slot，通常以向上取整的方式选择
- numOfPages：记录内中slot对应的内存资源又多少（以4KB为单位）
- 粒度为1KB的slot拥有2*4KB内存资源
- 粒度为2Kb的slot拥有4*4KB内存资源
- 其余粒度的slot拥有1*4KB内存资源
# Run & slot
- Run对象代表一个内存分配的资源池，它将多个slot组织起来，通过size_bracket_idx_可以获取Run相关的各种信息：
- bracketSizes[size_bracket_idx_] = Run中slot内存分配的粒度
- numOfPages[size_bracket_idx_] = Run中拥有的内存资源大小
- headerSizes[size_bracket_idx_] = Run中整个头部空间的大小
- numOfSlots[size_bracket_idx_] = Run中slot的个数
# RosAlloc中的内存划分
// RosAlloc成员变量声明
// 代表rosalloc要管理的那块内存
uint8_t* base_;
// 这块内存资源目前的大小 <= max_capacity
size_t capacity_;
// 这块内存资源的最大尺寸
size_t max_capacity_;
// 用于保存base_内存分配情况以及一些状态
std::unique_ptr<MemMap> page_map_mem_map;
// 内存映射对象对应内存基地址
volatile unit8_t* page_map_;
size_t page_map_size_;
size_t max_page_map_size_;
- 下半部分：base_代表rosalloc中所管理的内存资源：
- 以 4KB/页 为单元进行划分
- 内存资源最大为max_capacity
- 内存页个数为page_map_size_
- base_可强转成FreePageRun
- 上半部分：用于记录内存页的状态，与下半部分的内存页一一对应，数组中每一个元素保存base_中每一页的信息
# RosAlloc-> Alloc
[rosalloc-inl.h-> RosAlloc::Alloc]
inline ALWAYS_INLINE void* RosAlloc::Alloc(Thread* self, size_t size, size_t* bytes_allocated, size_t* usable_size, size_t* bytes_tl_bulk_allocated) {
if(size > 2KB) {
return AllocLargeObject(self,size,bytes_allocated,usable_size,bytes_tl_bulk_allocated);
}else{
return AllocFromRun(self,size,bytes_allocated,usable_size,bytes_tl_bulk_allocated);
}
}
[rosalloc-inl.h-> RosAlloc::AllocFromRun]
void* RosAlloc::AllocFromRun(Thread* self, size_t size, size_t* bytes_allocated, size_t* usable_size, size_t* bytes_tl_bulk_allocated) {
// 根据size向上取整决定应该采用哪种粒度的slot
size idx = SizeToIndexAndBracketSize(size,...);
if(idx < 16) {
// bracketSizes[16] = 128, 如果分配的内存不超过128字节，则从线程本地资源池中分配内存
// 线程本地资源池 ≠ TLAB，但与TLAB类似，是Thread对rosalloc单独支持
// 与TLAB类似，本地资源池的信息存储在tlsPtr_中
Run* thread_local_run = reinterpret_cast<Run*>(self->GetRosAllocRun(idx));
slot_addr = thread_local_run->AllocSlot();
// thread_local_run内存不足
if(slot_addr == nullptr) {
MutexLock mu(self,*size_bracket_lock_[idx]);
// 空闲链表合并
if(thread_local_run->MergeThreadLocalFreeListToFreeList) {
// ......
} else {
full_runs_[idx].insert(thread_local_run);
thread_local_run = RefillRun(self,idx);
thread_local_run->SetIsThreadLocal(true);
self->SetRosAllocRun(idx, thread_local_run);
}
// 重新内存分配
slot_addr = thread_locak_run->AllocSlot();
}
} else {
// 当所需内存超过128字节时，将从RosAolloc内部的资源池进行分配，这个时候需要同步锁保护
// 不同大小的资源池使用不同的同步锁保护
MutexLock mu(self, *size_bracket_locks_[idx]);
slot_addr = AllocFromCurrentRunUnlocked(self, idx);
// 一些校验判空
}
return slot_addr;
}
- 当分配内存不超过128字节，则从线程本地资源池中分配内存
- 而当在线程本地资源池中内存不足的情况下：
- 把thread_local_free_list_中的空闲资源合并到Run中free_list_中
- 调用RefillRun重新分配一个Run对象
- 把这个新Run对象设置为thread_local_run
- 在这个新的Run中分配内存
- 而这个已满的Run对象会被放到full_runs_数组保存起来
- 当所需内存超过128字节，将从RosAlloc内部的资源池进行分配，不同大小的资源池使用不同的同步锁
[rosalloc.cc->RosAlloc::RefillRun]
RosAlloc::Run* RosAlloc::AllocRun(Thread* self,size_t idx) {
RosAlloc::Run* new_run = nullptr;
MutexLock mu(self,lock_);
// 从base_所在的内存中分配一段内存空间，这段内存空间由一个Run对象进行管理
// 这段空间的大小为numOfPage[idx]
// kPageMapRun代表内存状态的一种
new_run = reinterpret_cast<Run*>(AllocPages(self,numOfPage[idx],kPageMapRun));
if(new_run!=nullptr) {
// 初始化Run中的空闲链表
new_run->InitFreeList();
}
return new_run;
}
- 从base_中以页为单位分配Run，页数为numOfPage[idx]的值
- 初始化Run中的Slot空闲链表
[rosalloc.h->RosAlloc::Run::InitFreeList]
void initFreeList() {
const uint8_t idx = size_bracket_idx_;
const size_t bracket_size = brackerSizes[idx];
Slot* first_slot = FirstSlot();
for(Slot* slot = LastSlot();slot>=first_slot;slot=slot->Left(bracket_size)) {
free_list_.Add(slot);
}
}
[rosalloc-inl.h->RosAlloc::Run::AllocSlot]
inline void* RosAlloc::Run::AllocSlot(){
Slot* slot = free_list_.Remove();
return slot;
}
- Run是从base_中以整页为单位分配过来的，而在Run的初始化过程中会初始Run中的Slot空闲链表
- Slot空闲链表会按照Slot在Run中的内存布局的位置由前到后排列，而运行过程中考虑到内存释放，Slot空闲链表结构无法保持initFreeList时候的所创建的初始顺序，单不英雄内存分配
参考资料： 《深入理解Android虚拟机ART》
