图解Golang的内存管理分配

c, c++, go, 内存, 堆栈 评论

go主要有以下五种内存存储区(c/c++也是一样)：

内存分配

Go的内存分配核心思想

Go是内置运行时的编程语言(runtime)，像这种内置运行时的编程语言通常会抛弃传统的内存分配方式，改为自己管理。这样可以完成类似预分配、内存池等操作，以避开系统调用带来的性能问题，防止每次分配内存都需要系统调用。

用户线程的调度以及生命周期管理都是用户层面，Go语言自己实现的，不借助OS系统调用，减少系统资源消耗。

Go的内存分配的核心思想可以分为以下几点：

  • 每次从操作系统申请一大块儿的内存，由Go来对这块儿内存做分配，减少系统调用
  • 内存分配算法采用Google的TCMalloc算法。算法比较复杂，究其原理可自行查阅。其核心思想就是把内存切分的非常的细小，分为多级管理，以降低锁的粒度。
  • 回收对象内存时，并没有将其真正释放掉，只是放回预先分配的大块内存中，以便复用。只有内存闲置过多的时候，才会尝试归还部分内存给操作系统，降低整体开销

业界比较出名的内存分配器有Google的tcmalloc和Facebook的jemalloc。二者在避免内存碎片和性能上均比glic有比较大的优势，在多线程环境中效果更明显。

程序在内存中的分布

程序内存运行

  • 代码段(.text)，也称文本段(Text Segment)，存放着程序的机器码和只读数据，可执行指令就是从这里取得的。如果可能，系统会安排好相同程序的多个运行实体共享这些实例代码。这个段在内存中一般被标记为只读，任何对该区的写操作都会导致段错误（Segmentation Fault）
  • 数据段，包括已初始化的数据段(.data)和未初始化的数据段（.bss），前者用来存放保存全局的和静态的已初始化变量，后者用来保存全局的和静态的未初始化变量。数据段在编译时分配
  • 堆栈段分为堆和栈：

    • 堆（Heap）：用来存储程序运行时分配的变量。堆的大小并不固定，可动态扩张或缩减。其分配由malloc()、new()等这类实时内存分配函数来实现。当进程调用malloc等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；当利用free 等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减） 堆的内存释放由应用程序去控制，通常一个new()就要对应一个delete()，如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后操作系统会自动回收。

    • 栈（Stack）是一种用来存储函数调用时的临时信息的结构，如函数调用所传递的参数、函数的返回地址、函数的局部变量等。 在程序运行时由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清除。

      栈的特性: 最后一个放入栈中的物体总是被最先拿出来，这个特性通常称为先进后出(FILO)队列。`
      栈的基本操作： PUSH操作：向栈中添加数据，称为压栈，数据将放置在栈顶； POP操作：POP操作相反，在栈顶部移去一个元素，并将栈的大小减一，称为弹栈。

堆和栈的区别

  • 分配和管理方式不同 ：

    • 堆是动态分配的，其空间的分配和释放都由程序员控制。
    • 栈由编译器自动管理。栈有两种分配方式：静态分配和动态分配。
      • 静态分配由编译器完成，比如局部变量的分配。
      • 动态分配由alloca()函数进行分配，但是栈的动态分配和堆是不同的，它的动态分配是由编译器进行释放，无须手工控制。

  • 产生碎片不同

    • 对堆来说，频繁的new/delete或者malloc/free势必会造成内存空间的不连续，造成大量的碎片，使程序效率降低。
    • 对栈而言，则不存在碎片问题，因为栈是先进后出的队列，永远不可能有一个内存块从栈中间弹出。

  • 生长方向不同

    • 堆是向着内存地址增加的方向增长的，从内存的低地址向高地址方向增长。
    • 栈的生长方向与之相反，是向着内存地址减小的方向增长，由内存的高地址向低地址方向增长。

了解更多：

  1. 图解TCMalloc goole内存分配器
  2. C/C++程序的5种内存存储区及示意

参考文献:

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