替换ptmalloc，使用tcmalloc和jemalloc

ptmalloc

目前，linux上使用的ptmalloc实现对内存的管理，其时glibc的默认内存分配器。

ptmalloc的内存分配器中，分为主分配区main_area和非主分配区no_main_area。
　1. 主分配区和非主分配区形成一个环形链表进行管理。
　2. 每一个分配区利用互斥锁使线程对于该分配区的访问互斥。
　3. 每个进程只有一个主分配区，也可以允许有多个非主分配区。
　4. ptmalloc根据系统对分配区的争用动态增加分配区的大小，分配区的数量一旦增加，则不会减少。
　5. 主分配区可以使用brk和mmap来分配，而非主分配区只能使用mmap来映射内存块
　6. 申请小内存时会产生很多内存碎片，ptmalloc在整理时也需要对分配区做加锁操作。

分配释放步骤：

1、线程会尝试对分配区加锁，加锁成功，则分配完成，加锁失败，则遍历分配区。

2、释放分配区，同样会获取分配区的锁，获取到才可以释放内存

其实现目前存在如下问题：

• 如果后分配的内存先释放，无法及时归还系统。因为 ptmalloc 收缩内存是从 top chunk 开始,如果与 top chunk 相邻的 chunk 不能释放, top chunk 以下的 chunk 都无法释放。
• 内存不能在线程间移动，多线程使用内存不均衡将导致内存浪费
• 每个chunk至少8字节的开销很大
• 不定期分配长生命周期的内存容易造成内存碎片，不利于回收。
• 加锁耗时，在内存分配和释放时，会首先加锁。

所以就有了tcmalloc和jemalloc

tcmalloc

tcmalloc是Google开发的内存分配器，在Golang、Chrome中都有使用该分配器进行内存分配。有效的优化了ptmalloc中存在的问题。

TCMalloc是专门对多线并发的内存管理而设计的，TCMalloc 实现了三级缓存，分别是ThreadCache(线程级缓存)，Central Cache(中央缓存：CentralFreeeList)，PageHeap(页缓存)，最后两级需要加锁访问。实现了线程级的无锁内存分配。如图为内存分配

 

ThreadCache中包含一个链表数组FreeList list_[kNumClasses]，维护了不同规格的空闲内存的链表；当申请内存的时候可以直接根据大小寻找恰当的规则的内存。如果ThreadCache的对象不够了，就从 CentralCache 进行批量分配；如果 CentralCache 依然没有，就从PageHeap申请Span；Tcmalloc一次最少向系统申请1MB的内存，默认情况下，使用sbrk申请，在sbrk失败的时候，使用mmap申请。

缺点：

tcmalloc使用自旋锁虽然减少了加锁效率，但是如果使用大内存较多的情况下，内存在Central Cache或者Page Heap加锁分配。而tcmalloc对大小内存的分配过于保守，在一些内存需求较大的服务（如推荐系统），小内存上限过低，当请求量上来，锁冲突严重，CPU使用率将指数暴增。

jemalloc

jemalloc是facebook，目前在firefox，android，redis中都有使用。 jemalloc最大的优势还是其强大的多核/多线程分配能力。

 

jemalloc 按照内存分配请求的尺寸，分了 small object (例如 1 – 57344B)、 large object (例如 57345 – 4MB )、 huge object (例如 4MB以上)。jemalloc同样有一层线程缓存的内存名字叫tcache，当分配的内存大小小于tcache_maxclass时，jemalloc会首先在tcache的small object以及large object中查找分配，tcache不中则从arena中申请run，并将剩余的区域缓存到tcache。若arena找不到合适大小的内存块， 则向系统申请内存。当申请大小大于tcache_maxclass且大小小于huge大小的内存块时，则直接从arena开始分配。而huge object的内存不归arena管理， 直接采用mmap从system memory中申请，并由一棵与arena独立的红黑树进行管理。

jemalloc的优势

• 多线程下加锁大大减少

推荐使用：

jemalloc，相对多核环境稳定，占用内存较多，但现在内存占用基本不太时服务器的瓶颈。

参考来源

https://www.cyningsun.com/07-07-2018/memory-allocator-contrasts.html

http://jemalloc.net/