堆的一些基础知识一

堆几种常见的数据结构

• _heap_info
• malloc_state
• malloc_chunk

1. _heap_info (用于管理heap的数据结构)

typedef struct _heap_info{

    mstate ar_ptr;/*这个heap所在的arena*/
    struct _heap_info *prev;/*上一个heap*/
    size_t size;/*当前大小*/
    size_t mprotect_size;/*size in bytes that has been mprotected PROT_READ|PROT_WRITE*/
    char pad[-6 * SIZE_SZ & MALLOC_ALIGN_MASK]；/*用于对齐*/

}heap_info

2. malloc_state(arena的数据结构)

struct malloc_state{

    mutex_t mutex;/*同步访问相关，互斥锁*/
    int flags;/*标志位，用来表示当前arena的特征，比如是否有fast bin的存在，内存是否连续等*/
    mfastbinptr fastbins[NFASTBINS];/*fastbins*/
    mchunkptr top;/*top chunk,未被分配的,在堆顶的部分*/
    mchunkptr last_remainder;/*最后一次拆分top chunk得的剩余内容*/
    mchunkptr  bin[BINS*2];/*bins 一个free chunk的链表数组*/
    unsigned int binmap[BINMAPSIZE];/*bins的一个位图,用于表明bins是否为空*/
    INTERNAL_SIZE_T system_mem;
    INTERNAL_SIZE_T max_system_mem;

};

mfastbinptr 的定义：typedef struct malloc_chunk *mfastbinptr;
mchunkptr 的定义：typedef struct malloc_chunk *mchunkptr;

3. malloc_chunk(chunk的数据结构)

struct malloc_chunk{
    
    INTERNAL_SIZE_T prev_size;
    /*如果前一个的chunk状态是free的话，这个就是前一个chunk的大小,低地址的chunk*/
    INTERNAL_SIZE_T size;/*本堆块的长度=size字段长度+用户申请长度+对齐*/

    struct malloc_chunk* fd;/*当chunk是空闲时使用，用作双向链表 ，指向下一个空闲的chunk*/
    struct malloc_chunk* bk;/*指向上一个空闲的chunk,先进的chunk*/
    /*bin中先进的为last，后进的为next*/

    struct malloc_chunk* fd_nextsize;/*当chunk空闲的时候才使用，用于largebin*/
    struct malloc_chunk* bk_nextsize; /*用于指向后一个与当前大小不相同的空闲块*/
};

与malloc_chunk的一些知识点：

• prev_size：如果该 chunk 的物理相邻的前一地址chunk（两个指针的地址差值为前一chunk大小）是空闲的话，那该字段记录的是前一个 chunk 的大小(包括 chunk 头)。否则，该字段可以用来存储物理相邻的前一个chunk 的数据。这里的前一 chunk 指的是较低地址的 chunk 。
• size ：该 chunk 的大小，大小必须是 2 * SIZE_SZ 的整数倍。如果申请的内存大小不是 2 * SIZE_SZ 的整数倍，会被转换满足大小的最小的 2 * SIZE_SZ 的倍数。32 位系统中，SIZE_SZ 是 4；64 位系统中，SIZE_SZ 是 8。 该字段的低三个比特位对 chunk 的大小没有影响，用作标志位，从高到低依次表示 N M P
• N 是 NON_MAIN_ARENA ,表示该chunk是否属于主线程 0表示属于，1表示不属于。
• M 是 IS_MAPPED,表示该chunk是否由mmap分配
• P 是 PREV_INUSE,记录前一个chunk始够被分配，分配的话设为1，未被分配的话就设为0
• fd_nextsize和 bk_nextsize：也是只有当 chunk 空闲的时候才使用，用于large chunk