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CPython內(nèi)存管理器
CPython源碼包的功能分類
此文是按照源碼Python3.9來寫，其中有些assert語句與一些不必要的宏字段會刪除，保留核心的邏輯并添加注釋，方便自己和大家理解。在代碼中都會注明源碼出處方便大家完整閱讀。
為哈巴河等地區(qū)用戶提供了全套網(wǎng)頁設計制作服務，及哈巴河網(wǎng)站建設行業(yè)解決方案。主營業(yè)務為成都網(wǎng)站建設、網(wǎng)站設計、哈巴河網(wǎng)站設計，以傳統(tǒng)方式定制建設網(wǎng)站，并提供域名空間備案等一條龍服務，秉承以專業(yè)、用心的態(tài)度為用戶提供真誠的服務。我們深信只要達到每一位用戶的要求，就會得到認可，從而選擇與我們長期合作。這樣，我們也可以走得更遠！
| 目錄 | 概要 |
|---|---|
| Demo | 采用了Python的演示應用程序 |
| Doc | 文檔 |
| Grammer | Python的語法文件 |
| Include | 編譯Python時引用的各種頭文件 |
| Lib | 標準附加庫 |
| Mac | Mac用的工具等 |
| Misc | 很多文件的集合（如gdbinit和vimrc等） |
| Modules | Python的C語言擴展模塊 |
| Objects | Python的對象用的C語言代碼 |
| PC | 依存于OS等環(huán)境的程序 |
| PCbuild | 構(gòu)造Win32和x64時使用 |
| Parser | Python用的解析器 |
| Python | Python的核心 |
Python的內(nèi)存管理架構(gòu)
Python是一門動態(tài)的、一切皆對象的語言，這些內(nèi)存申請可能會產(chǎn)生大量小的內(nèi)存，為了加快內(nèi)存操作和減少內(nèi)存碎片化，使用Python自己的內(nèi)存管理器，叫PyMalloc。
- # Objects/obmalloc.c 代碼注釋
- /* An object allocator for Python.
- Here is an introduction to the layers of the Python memory architecture,
- showing where the object allocator is actually used (layer +2), It is
- called for every object allocation and deallocation (PyObject_New/Del),
- unless the object-specific allocators implement a proprietary allocation
- scheme (ex.: ints use a simple free list). This is also the place where
- the cyclic garbage collector operates selectively on container objects.
- Object-specific allocators
- _____ ______ ______ ________
- [ int ] [ dict ] [ list ] ... [ string ] Python core |
- +3 | <----- Object-specific memory -----> | <-- Non-object memory --> | # 對象特有的內(nèi)存分配器
- _______________________________ | |
- [ Python's object allocator ] | |
- +2 | ####### Object memory ####### | <------ Internal buffers ------> | # Python對象分配器
- ______________________________________________________________ |
- [ Python's raw memory allocator (PyMem_ API) ] |
- +1 | <----- Python memory (under PyMem manager's control) ------> | | # Python低級內(nèi)存分配器
- __________________________________________________________________
- [ Underlying general-purpose allocator (ex: C library malloc) ]
- 0 | <------ Virtual memory allocated for the python process -------> | # 通用的基礎分配器（如glibc的malloc等）
- =========================================================================
- _______________________________________________________________________
- [ OS-specific Virtual Memory Manager (VMM) ]
- -1 | <--- Kernel dynamic storage allocation & management (page-based) ---> | # OS特有的虛擬內(nèi)存管理器
- __________________________________ __________________________________
- [ ] [ ]
- -2 | <-- Physical memory: ROM/RAM --> | | <-- Secondary storage (swap) --> | # 物理內(nèi)存和交換目的地（如HDD等）
- */
- PyDict_New() // 第三層
- PyObject_GC_New() // 第二層
- PyObject_Malloc() // 第二層
- new_arena() // 第一層
- malloc() // 第零層
- ////////////////////////////////////////以下2層屬于操作系統(tǒng)范疇，不在討論范圍/////////////////////////////////
圖1
通用的基礎分配器（0層）
512字節(jié)是CPython的閾值
- //Objects/obmalloc.c
- #define SMALL_REQUEST_THRESHOLD 512
- #define NB_SMALL_SIZE_CLASSES (SMALL_REQUEST_THRESHOLD / ALIGNMENT)
- /* Largest positive value of type Py_ssize_t. */
- #define PY_SSIZE_T_MAX ((Py_ssize_t)(((size_t)-1)>>1))
- static void *
- _PyObject_Malloc(void *ctx, size_t nbytes)
- { // 走Python的分配器，函數(shù)進去就會有判斷(0,512]的才使用
- void* ptr = pymalloc_alloc(ctx, nbytes);
- if (LIKELY(ptr != NULL)) {
- return ptr;
- }
- // 大于512字節(jié)走C的malloc，函數(shù)進去進做了越界判斷,Py_ssize_t為閾值
- ptr = PyMem_RawMalloc(nbytes);
- if (ptr != NULL) {
- raw_allocated_blocks++;
- }
- return ptr;
- }
- 0: 直接調(diào)用 malloc 函數(shù)
- 1 ~ 512: 由Python的內(nèi)存池負責分配，內(nèi)存池以內(nèi)存尺寸進行劃分
- 512以上: 直接調(diào)動 malloc 函數(shù)
在源代碼中以PyMem_為前綴的所有函數(shù)是封裝C語言提供給Python語法使用的，其核心使用的就是第0層malloc之類的C庫函數(shù)。
通常Python沒有對小塊內(nèi)存的內(nèi)存池的大小做任何的限制
當Python在WITH_MEMORY_LIMITS編譯符號打開的背景下進行編譯時，Python內(nèi)部的另一個符號會被激活，這個名為SMALL_MEMORY_LIMIT的符號限制了整個內(nèi)存池的大小，同時，也就限制了可以創(chuàng)建的arena的個數(shù)。
在默認情況下，不論是Win32平臺，還是unix平臺，這個編譯符號都是沒有打開的，所以通常Python都沒有對小塊內(nèi)存的內(nèi)存池的大小做任何的限制。
- [obmalloc.c]
- #ifdef WITH_MEMORY_LIMITS
- #ifndef SMALL_MEMORY_LIMIT
- #define SMALL_MEMORY_LIMIT (64 * 1024 * 1024) /* 64 MB -- more? */
- #endif
- #endif
- #ifdef WITH_MEMORY_LIMITS
- #define MAX_ARENAS (SMALL_MEMORY_LIMIT / ARENA_SIZE)
- #endif
CPython讓我們只需要提供類型和數(shù)量
有了以下的宏定義，我們寫代碼的時候只需要提供類型和數(shù)量，而不用自己去計算具體需要申請多少空間
- //Include/pymem.h
- #define PyMem_New(type, n) \
- ( ((size_t)(n) > PY_SSIZE_T_MAX / sizeof(type)) ? NULL : \
- ( (type *) PyMem_Malloc((n) * sizeof(type)) ) )
- #define PyMem_NEW(type, n) \
- ( ((size_t)(n) > PY_SSIZE_T_MAX / sizeof(type)) ? NULL : \
- ( (type *) PyMem_MALLOC((n) * sizeof(type)) ) )
- #define PyMem_Resize(p, type, n) \
- ( (p) = ((size_t)(n) > PY_SSIZE_T_MAX / sizeof(type)) ? NULL : \
- (type *) PyMem_Realloc((p), (n) * sizeof(type)) )
- #define PyMem_RESIZE(p, type, n) \
- ( (p) = ((size_t)(n) > PY_SSIZE_T_MAX / sizeof(type)) ? NULL : \
- (type *) PyMem_REALLOC((p), (n) * sizeof(type)) )
- #define PyMem_Del PyMem_Free
- #define PyMem_DEL PyMem_FREE
內(nèi)存碎片問題
每次申請內(nèi)存的時候一定不會每次都遇到剛好的塊去分配，那么一下一大塊內(nèi)存會被切割使用，那么中間會產(chǎn)生很多小的但是可能不在會被使用的碎片（但是整個加起來也是一個大的可使用的塊），而且每次查找合適的塊需要遍歷整個堆，所以為了減少碎片和快速分配內(nèi)存，我們需要內(nèi)存管理。
圖2
Python內(nèi)存管理的劃分
小于512字節(jié)的內(nèi)存申請由Python的低級分配器接管（空白內(nèi)存，raw memory），做了3級層次的劃分，依次為block、pool、arena
- block是Python內(nèi)存管理的最小單元，其中他的大小與pool_head的szidx一致，而且采用的Best-fit分配策略
- Best-fit分配策略：返回大于等于 size 的最小分塊
- pool是管理一類規(guī)格的block，是具有size概念的內(nèi)存管理抽象體，有pool_head的一個szidx管理。（當然她還有狀態(tài)的管理后面會介紹）
- arena是可以管理多個pool，每個pool的規(guī)格可以各不相同。（他也有自己的狀態(tài)管理后面會介紹）
圖3
pool與arena頭與boby連接的不同
圖4
Python低級內(nèi)存分配器（1層）
現(xiàn)在來到的是真正Python的內(nèi)存管理談論的部分了，Python內(nèi)存管理做了哪些處理
- 減少內(nèi)存碎片的問題
- 上面的block概念的提出，是為了有效改善內(nèi)存碎片的問題，但是不可能解決的
- 不可能讓每次分配都遍歷整個堆
- 所以arena_head、pool_head都比較復雜，其中都維護了多條鏈表來把開銷從O(N)降低到O（1）
- Python分配器主要是處理<512字節(jié)小內(nèi)存，頻繁的分配/釋放一定是會浪費
- Python的大部分基礎類引入了緩存池的機制用于管理小塊內(nèi)存的申請和釋放，提供pymalloc_alloc、pymalloc_realloc、pymalloc_free三個接口
- 比如字典有80大小的數(shù)組作為緩存池
- 列表也有80大小的數(shù)組作為緩存池
- Python的大部分基礎類引入了緩存池的機制用于管理小塊內(nèi)存的申請和釋放，提供pymalloc_alloc、pymalloc_realloc、pymalloc_free三個接口
arena
“ 第一層的核心就是創(chuàng)建arena
arena的大小
arena的默認值是256K
- #define ARENA_BITS 18 /* 256 KiB */
- #define ARENA_SIZE (1 << ARENA_BITS)
arena頭結(jié)構(gòu)體
- // Objects/obmalloc.c
- struct arena_object {
- // arena_object地址
- uintptr_t address;
- // 將arena的地址用于給pool使用而對齊的地址
- block* pool_address;
- // 該arena中可用pool的數(shù)量
- uint nfreepools;
- // 該arena中所有pool的數(shù)量
- uint ntotalpools;
- // 使用完畢的pool，用單鏈表維護
- struct pool_header* freepools;
- // 雙向鏈表指針
- struct arena_object* nextarena;
- struct arena_object* prevarena;
- };
為什么arena_object需要address和pool_address2個字段？
“ 上面內(nèi)存管理的劃分提到arena_object與body是不連續(xù)的，圖4
pool_header被申請時，它所管理的block集合的內(nèi)存一定也被申請了；所以他是連續(xù)的一塊空間
但是當aerna_object被申請時，它所管理的pool集合的內(nèi)存則沒有被申請；arena需要指針相連
所以address指定的是頭數(shù)據(jù)，pool_address指定的是真實數(shù)據(jù)開始的位置，所以不同
new_arena
類型
“ uintptr_t 是由從 C99 開始導入的 stdint.h 提供的，在將 C 指針轉(zhuǎn)化成整數(shù)時，它起著很大的作用。uintptr_t 正是負責填補這種環(huán)境差異的。uintptr_t 會根據(jù)環(huán)境變換成 4 字節(jié)或 8 字節(jié)，將指針安全地轉(zhuǎn)化，避免發(fā)生溢出的問題。
- // uchar 和 uint 分別是 unsigned ××× 的略稱。
- #undef uchar
- #define uchar unsigned char /* 約8位 */
- #undef uint
- #define uint unsigned int /* 約大于等于16位 */
- #undef ulong
- #define ulong unsigned long /* 約大于等于32位 */
- #undef uptr
- #define uptr Py_uintptr_t
- typedef uchar block;
- //[obmalloc.c]
- // arenas管理著arena_object的集合
- static struct arena_object* arenas = NULL;
- // 當前arenas中管理的arena_object的個數(shù)
- static uint maxarenas = 0;
- // “未使用的”arena_objectd單向鏈表
- static struct arena_object* unused_arena_objects = NULL;
- // “可用的”arena_object鏈表
- static struct arena_object* usable_arenas = NULL;
- // 初始化時需要申請的arena_object的個數(shù)
- #define INITIAL_ARENA_OBJECTS 16
- //[obmalloc.c]
- static struct arena_object*
- new_arena(void)
- {
- struct arena_object* arenaobj;
- uint excess; /* number of bytes above pool alignment */
- // 初始化默認值為NULL，需要生成arena_objects
- if (unused_arena_objects == NULL) {
- uint i;
- uint numarenas;
- size_t nbytes;
- // 確定申請arena的個數(shù)，初始化得到16個，之后會2倍擴容
- numarenas = maxarenas ? maxarenas << 1 : INITIAL_ARENA_OBJECTS;
- // 溢出判斷
- if (numarenas <= maxarenas)
- return NULL;
- nbytes = numarenas * sizeof(*arenas);
- if (nbytes / sizeof(*arenas) != numarenas)
- return NULL;
- // 需要使用0層的分配器分配numarenas個數(shù)arena_object（頭信息）所需的raw memory
- // 分配完后arenas作為靜態(tài)全局變量
- arenaobj = (struct arena_object *)realloc(arenas, nbytes);
- if (arenaobj == NULL)
- return NULL;
- arenas = arenaobj;
- // 把以上分配的raw memory，維護到unused_arena_objects單向鏈表中
- for (i = maxarenas; i < numarenas; ++i) {
- // arena地址，如果沒有分配就用0作為標識符
- arenas[i].address = 0;
- // 最后一個arena指向NULL，其余都指向下一個指針，初始化分配是一個連續(xù)的單鏈表
- arenas[i].nextarena = i < numarenas - 1 ? &arenas[i+1] : NULL;
- }
- /* 反映到全局變量中 */
- unused_arena_objects = &arenas[maxarenas];
- maxarenas = numarenas;
- }
- ////////////////////////////////////以上完成了arenas 的初始化,如下圖所示//////////////////////////////////////////
- // 從unused_arena_objects鏈表中取出一個“未使用的”arena_object（表頭）
- arenaobj = unused_arena_objects;
- unused_arena_objects = arenaobj->nextarena;
- assert(arenaobj->address == 0);
- // 分配一塊arena內(nèi)存，256KB
- // 這時候address有具體地址了
- arenaobj->address = (uptr)malloc(ARENA_SIZE);
- ++narenas_currently_allocated;
- if (arenaobj->address == 0) {
- // 分配失敗，讓把拿出來的頭放回到unused_arena_objects鏈表中
- arenaobj->nextarena = unused_arena_objects;
- unused_arena_objects = arenaobj;
- return NULL;
- }
- ///////////////////////////////以上是分配arena空間與arena_object連接///////////////////////////////////////
- // 將arena內(nèi)的空間分割為各個pool
- arenaobj->freepools = NULL;
- /* pool_address 對齊后開頭pool的地址
- nfreepools 對齊后arena中pool的數(shù)量 */
- arenaobj->pool_address = (block*)arenaobj->address;
- arenaobj->nfreepools = ARENA_SIZE / POOL_SIZE;
- // 內(nèi)存對齊
- excess = (uint)(arenaobj->address & POOL_SIZE_MASK);
- if (excess != 0) {
- --arenaobj->nfreepools;
- arenaobj->pool_address += POOL_SIZE - excess;
- }
- arenaobj->ntotalpools = arenaobj->nfreepools;
- return arenaobj;
- }
- /////////////////////////////////////////以上是劃分pool/////////////////////////////////////////////////////
1、初始化16個arena_object
圖5
2、擴容
圖6
3、分配arena空間，就是arena表頭與真實數(shù)據(jù)相連
圖7
4、給arena劃分pool，excess是什么-內(nèi)存對齊會消耗一個pool
結(jié)構(gòu)體 arena_object 的成員 pool_address 中存有以 4K 字節(jié)對齊的 pool 的地址。
在此使用 POOL_SIZE_MASK 來對用 malloc() 保留的 arena 的地址進行屏蔽處理，計算超過的量（excess）。
如果超過的量（excess）為 0，因為 arena 的地址剛好是 4K 字節(jié)（2 的 12 次方）的倍數(shù)，所以程序會原樣返回分配的 arena_object。這時候因為 arena 內(nèi)已經(jīng)被 pool 填滿了，所以可以通過計算 arena 的大小或 pool 的大小來求出 arena 內(nèi) pool 的數(shù)量。
如果超過的量不為 0，程序就會計算“arena 的地址 ＋ 超過的量”，將其設置為成員pool_address。此時 arena 內(nèi)前后加起來會產(chǎn)生一個 pool 的空白，nfreepools--。
圖8
arena的2個狀態(tài)
“ arena_object是否與pool建立聯(lián)系導致狀態(tài)不同
unused_arena_object（未使用狀態(tài)）
- 只有當結(jié)構(gòu)體arena_object的成員address為0時，才將其存入這個列表
- 剛剛new_arena()產(chǎn)生的arena_object，還沒和pool建立連接
- 在PyObject_Free()時arena為空的情況下，arena_object會頭插于此鏈表
- 單向鏈表維護
usable_arenas（可用狀態(tài)）
- 有已經(jīng)使用過的pool和還未被使用的都是empty狀態(tài)，也就是nfreepool>0
- used狀態(tài)都是被usedpools管轄起來了，當全是used狀態(tài)的arena哪怕pool還有可能用的塊，也是要從此雙鏈表中刪除。因為申請內(nèi)存的時候會去usedpool找的。所以只需要判斷usable_arenas->nfreepools == 0，從雙鏈表中刪除
- 雙向鏈表維護
- 鏈表按照block數(shù)量最多的arena的順序排列。（基于成員nfreepools升序排列，意思就是先盡量用完整個arena）
圖9
Python對象分配器（2層）
“ 第 2 層的分配器負責管理 pool 內(nèi)的 block。這一層實際上是將 block 的開頭地址返回給申請者，并釋放 block 等。
block
一個pool被分割成一個個的block。Python中生成對象時，最終都會被分一個或幾個block上。block是Python內(nèi)存分配的最小單元
內(nèi)存對齊
大小以8個字節(jié)為梯度的內(nèi)存塊，就是類保證內(nèi)存對齊（字對齊）
1、提高了CPU的讀寫速度
2、減少了碎片大?。ū夭豢缮俚睦速M）
- // 以下的宏
- // 索引為0的話, 就是1 << 3, 顯然結(jié)果為8
- // 索引為1的話, 就是2 << 3, 顯然結(jié)果為16
- #define INDEX2SIZE(I) (((uint)(I) + 1) << ALIGNMENT_SHIFT)
- * Request in bytes Size of allocated block Size class idx
- * ----------------------------------------------------------------
- * 1-8 8 0
- * 9-16 16 1
- * 17-24 24 2
- * 25-32 32 3
- * 33-40 40 4
- * 41-48 48 5
- * 49-56 56 6
- * 57-64 64 7
- * 65-72 72 8
- * ... ... ...
- * 497-504 504 62
- * 505-512 512 63
所以當我們需要申請44個字節(jié)的內(nèi)存空間的時候，PyObject_Malloc會從內(nèi)存池中劃分一個 48 字節(jié)的block使用
- //Objects/obmalloc.c
- #define ALIGNMENT 8 /* must be 2^N */
- #define ALIGNMENT_SHIFT 3
“ 我們可以從圖8里看到excess是為了在arena中pool4K大小的對齊，所以block以8字節(jié)的倍數(shù)自然都是對齊的
由于pool_header中szidx確定
圖10
利用內(nèi)存對齊的hack
CPU 原則上能從對齊的地址取出數(shù)據(jù)。相應地，malloc() 分配的地址也應配合 CPU 對齊來返回數(shù)據(jù)。
利用這一點的著名 hack 就是將地址的低 3 位用作標志。
假設在結(jié)構(gòu)體內(nèi)存入某個指針。如果從 malloc() 返回的地址是按 8 字節(jié)對齊的，那么其指針的低 3 位肯定為“0”。于是我們想到了在這里設置位，將其作為標志來使用。當我們真的要訪問這個指針時，就將低 3 位設為 0，無視標志。
這是一個非常大膽的 hack，但事實上 glibc malloc 卻實現(xiàn)了這個 hack。
block的狀態(tài)
block 有3種狀態(tài)管理
- 已經(jīng)分配
- 使用完畢：就是已經(jīng)被使用過，再次釋放的block
- freeblock單向鏈表維護使用完畢的塊，block是在發(fā)生釋放的時候連接到鏈表上的
- freeblock是指向第一塊空閑可以使用的塊，當還沒有產(chǎn)生使用完畢的塊時候，他是NULL。那么一直是通過nextoffset來使用未使用的塊，當有回收的塊那么freeblock就指向第一個空閑的塊，并優(yōu)先與偏移量nextoffset使用。
未使用:未使用自然沒有鏈表的指向了，那么我們只能在pool_head上設置第一個可以使用塊的偏移量nextoffset
圖11
pool
pool的大小
pool是與系統(tǒng)頁一樣的4KB的大小，其中一個pool只能管理一個種規(guī)格的block，由szidx字段來標識。所以pool是具有size概念的block集合
- //Objects/obmalloc.c
- #define SYSTEM_PAGE_SIZE (4 * 1024)
- #define SYSTEM_PAGE_SIZE_MASK (SYSTEM_PAGE_SIZE - 1)
- #define POOL_SIZE SYSTEM_PAGE_SIZE /* must be 2^N */
- #define POOL_SIZE_MASK SYSTEM_PAGE_SIZE_MASK
pool的內(nèi)存對齊
在講解arena初始化的時候第4部分講到了excess就是為了做pool的內(nèi)存對齊，可見圖8。這里就不在贅述
pool的頭結(jié)構(gòu)
一個pool的頭由48個字節(jié)組成，所有的pool以雙向鏈表的形式連接
- //Objects/obmalloc.c
- /* When you say memory, my mind reasons in terms of (pointers to) blocks */
- typedef uint8_t block;
- /* Pool for small blocks. */
- struct pool_header {
- union { block *_padding;
- uint count; } ref; /* 當前pool里面已分配出去的block數(shù)量 */
- block *freeblock; /* 指向空閑block鏈表的第一塊 */
- struct pool_header *nextpool; /* next和prev提供usedpool使用，減少緩存表的空間 */
- struct pool_header *prevpool;
- uint arenaindex; /* 自己所屬的arena的索引（對于arenas而言） */
- uint szidx; /* 分配的block的大小，所以pool中的所有塊大小一致 */
- uint nextoffset; /* 下一個可用block的內(nèi)存偏移量 */
- uint maxnextoffset; /* 最后一個block距離開始位置的偏移量 */
- };
- typedef struct pool_header *poolp;
圖12
pool的狀態(tài)
- empty狀態(tài)：pool中所有的block都未被使用
- 已經(jīng)使用完的，pool已經(jīng)有pool_size，意味著大小已經(jīng)確定的pool
- used狀態(tài)：pool中至少有一個block已經(jīng)被使用，并且至少有一個block未被使用。由usedpools數(shù)組維護
- full狀態(tài)：pool中所有的block都已經(jīng)被使用，并從usedpools鏈表上刪除。
圖13
usedpools
“ 作用就是管理所有used狀態(tài)的pool
- // poolp大概是pool_header的指針型的別名。也就是說，usedpools 是 pool_header 的指針型的數(shù)組。
- typedef struct pool_header *poolp;
宏 NB_SMALL_SIZE_CLASSES
- #define ALIGNMENT 8 /* 有必要為2的N次方 */
- #define SMALL_REQUEST_THRESHOLD 512
- // 指明了在當前的配置之下，一共有多少個size class。
- #define NB_SMALL_SIZE_CLASSES (SMALL_REQUEST_THRESHOLD / ALIGNMENT)
usedpools的初始化大小
- // 這個宏定義了一個指針，這個指針指向的位置是從一組的開頭再往前“兩個 block 指針型的大小”。
- #define PTA(x) ((poolp )((uint8_t *)&(usedpools[2*(x)]) - 2*sizeof(block *)))
- // 宏 PT() 以兩個一組的形式調(diào)用宏 PTA()。
- #define PT(x) PTA(x), PTA(x)
- // usedpools數(shù)組有128個
- static poolp usedpools[2 * ((NB_SMALL_SIZE_CLASSES + 7) / 8) * 8] = {
- PT(0), PT(1), PT(2), PT(3), PT(4), PT(5), PT(6), PT(7)
- #if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 8
- , PT(8), PT(9), PT(10), PT(11), PT(12), PT(13), PT(14), PT(15)
- #if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 16
- , PT(16), PT(17), PT(18), PT(19), PT(20), PT(21), PT(22), PT(23)
- #if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 24
- , PT(24), PT(25), PT(26), PT(27), PT(28), PT(29), PT(30), PT(31)
- #if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 32
- , PT(32), PT(33), PT(34), PT(35), PT(36), PT(37), PT(38), PT(39)
- #if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 40
- , PT(40), PT(41), PT(42), PT(43), PT(44), PT(45), PT(46), PT(47)
- #if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 48
- , PT(48), PT(49), PT(50), PT(51), PT(52), PT(53), PT(54), PT(55)
- #if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 56
- , PT(56), PT(57), PT(58), PT(59), PT(60), PT(61), PT(62), PT(63)
- #if NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 64
- #error "NB_SMALL_SIZE_CLASSES should be less than 64"
- #endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 64 */
- #endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 56 */
- #endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 48 */
- #endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 40 */
- #endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 32 */
- #endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 24 */
- #endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 16 */
- #endif /* NB_SMALL_SIZE_CLASSES > 8 */
- };
現(xiàn)在以為usedpool的角度出發(fā)來看
圖14
usedpools如何做的快-像hash一樣處理
used就是把使用了至少一個塊，但是還沒有全部使用完的pool整合到一個usedpool中，那么這一個做法類似以hash表的鏈地址法，通過下標可以O（1）到達同一size的usedpool[下標]的位置，然后使用鏈表，因為empty->used和used->full，方便插入和刪除pool
一個例子
1、當申請20個字節(jié)內(nèi)存的時候，Python會首先獲得size class index，通過size = (uint )(nbytes \- 1) >> ALIGNMENT_SHIFT,其中ALIGNMENT_SHIFT是內(nèi)存對齊的需要右移3位（即8字節(jié)對齊），得到（20-1）>>3=2
2、通過usedpools[i+i]->nextpool可以快速找到一個最合適當前內(nèi)存需求的pool
- byte = 20 /* 申請的字節(jié)數(shù)*/
- byte = (20 - 1) >> 3 /* 對齊：結(jié)果 2 */
- pool = usedpools[byte+byte] /* 因為是兩兩一組，所以索引加倍: index 4 */ // O（1）
- // 這時，取出的 pool 存在如下關系。
- pool; == pool->nextpool
- pool; == pool->prevpool
- pool->nextpool == pool->prevpool // O（1）
usedpool也需要盡可能節(jié)省空間
在需要緩存的時候，能夠盡可能地讓緩存少承載一些引用表。（只需要pool_header中兩個內(nèi)部的指針成員，next和prev）
如果直接保留 pool_header 的話，往往就會出現(xiàn) usedpools 變得太大，緩存承載不下的狀況。因為我們要頻繁引用數(shù)組 usedpools，所以讓它小一些才會減輕緩存的壓力。
arena和pool的釋放策略
通過盡量不使用那些可用空間多的內(nèi)存空間，增加了使其完全變?yōu)榭盏臋C會。如果這部分內(nèi)存空間完全為空，那么就能將其釋放。
- usable_arenas:是按照nfreepools升序排序的，目的是為了盡可能先使用完一個arena
- 當full->used狀態(tài)：都是頭插到usedpools中的，也是為了現(xiàn)使用完一個pool
為什么usedpools需要2倍的空間
在釋放的時候從pymalloc_free函數(shù)觀察來看,是頭插放在usedpool[奇數(shù)]，full狀態(tài)變?yōu)閡sed狀態(tài)
- // free中的代碼，
- if (UNLIKELY(lastfree == NULL)) {
- uint size = pool->szidx;
- poolp next = usedpools[size + size]; // 雙向鏈表的尾部
- poolp prev = next->prevpool;
- pool->nextnextpool = next;
- pool->prevprevpool = prev;
- next->prevpool = pool; <
網(wǎng)站題目：Python內(nèi)存管理介紹
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