dlmalloc（四）

这篇文章我们来讲讲释放内存的过程，也就是free()的代码流程。对于应用程序来说释放内存很简单，直接调用free(ptr)就可以了，参数是要释放的内存块指针。那么，释放内存时dlmalloc做了哪些工作呢？

// 这是释放内存的函数，调用free()后执行到这里.
// 参数mem: 这是将要释放内存的指针
void dlfree(void* mem) {/*Consolidate freed chunks with preceeding or succeeding borderingfree chunks, if they exist, and then place in a bin.  Intermixedwith special cases for top, dv, mmapped chunks, and usage errors.*/// 如果是空指针，那么就不需要处理了.if (mem != 0) {mchunkptr p  = mem2chunk(mem); // 首先找到内存块的起始地址  p = mem - 8.
#if FOOTERS // 将这个宏看作是0就可以了mstate fm = get_mstate_for(p);if (!ok_magic(fm)) {USAGE_ERROR_ACTION(fm, p);return;}
#else /* FOOTERS */
#define fm gm   // 全局变量_gm_的地址
#endif /* FOOTERS */if (!PREACTION(fm)) {   // 先加锁check_inuse_chunk(fm, p); // 检查这个chunk是否在使用中，这是一个检查函数.if (RTCHECK(ok_address(fm, p) && ok_cinuse(p))) {size_t psize = chunksize(p);   // 计算这个内存块的大小.mchunkptr next = chunk_plus_offset(p, psize);    // 从这里开始是下一个内存块了.if (!pinuse(p)) { // 如果前面一个内存块是空闲的，那么这个内存块释放后就可以跟前面一个内存块合并了.size_t prevsize = p->prev_foot; // 前面一个内存块的大小if ((prevsize & IS_MMAPPED_BIT) != 0) { // 如果是通过mmap方式创建的内存块prevsize &= ~IS_MMAPPED_BIT;psize += prevsize + MMAP_FOOT_PAD;if (CALL_MUNMAP((char*)p - prevsize, psize) == 0)fm->footprint -= psize;goto postaction;}else { // 不是通过mmap方式创建的.mchunkptr prev = chunk_minus_offset(p, prevsize);   // 取出前面一个chunk的结构.psize += prevsize;  // 这是两个内存块的总长度p = prev;        // 这是内存块的起始地址if (RTCHECK(ok_address(fm, prev))) { /* consolidate backward */if (p != fm->dv) {  // 如果不是dvunlink_chunk(fm, p, prevsize); // 将这个内存块从malloc_state结构中删除.}// 如果是dvelse if ((next->head & INUSE_BITS) == INUSE_BITS) {  // 后面一个内存块在使用中，那么就处理完毕了.fm->dvsize = psize;   // 修改这个chunk的长度.set_free_with_pinuse(p, psize, next);goto postaction;   // 处理完毕}// 如果后面一个内存块也是空间的，那么还需要将后面一个内存块合并到dv中.}elsegoto erroraction;} // end if ((prevsize & IS_MMAPPED_BIT) != 0)} // end if (!pinuse(p))// 需要继续检查后面一个内存块是否空闲.if (RTCHECK(ok_next(p, next) && ok_pinuse(next))) {if (!cinuse(next)) {  /* consolidate forward */ // 后面一个内存块也处于空闲状态，那么就可以合并了.if (next == fm->top) { // 如果后面一个chunk是top chunk，那么直接将当前合并到top chunk中就可以了.size_t tsize = fm->topsize += psize; // 这是合并后top chunk的大小fm->top = p;    // 这是合并后top chunk的起始地址p->head = tsize | PINUSE_BIT;if (p == fm->dv) {  // 同时也是dv，那么就撤销dv.fm->dv = 0;fm->dvsize = 0;}// 现在检查是否需要收缩堆空间，当top chunk大于2mb时收缩堆空间.if (should_trim(fm, tsize))sys_trim(fm, 0);   // 只有这种情况下执行到了sys_trim.goto postaction;}else if (next == fm->dv) { // 如果后面一个chunk是dv，那么直接将本内存块合并到dv中就可以了.size_t dsize = fm->dvsize += psize;  // 这是合并后dv的大小fm->dv = p;    // 设置dv新的起始地址set_size_and_pinuse_of_free_chunk(p, dsize);   // 设置dv新的长度goto postaction;}else { // 后面一个chunk是一个普通的chunk.size_t nsize = chunksize(next);psize += nsize;unlink_chunk(fm, next, nsize);  // 先将后面的chunk从malloc_state中摘除.set_size_and_pinuse_of_free_chunk(p, psize);if (p == fm->dv) {fm->dvsize = psize;goto postaction;}}} // end if (!cinuse(next))else // 后面一个chunk在使用中set_free_with_pinuse(p, psize, next); // 修改一些标志信息insert_chunk(fm, p, psize);  // 将合并后内存块的大小将内存块添加到small bins或者tree bins中.check_free_chunk(fm, p);goto postaction;} // end if (RTCHECK(ok_next(p, next) && ok_pinuse(next)))}erroraction:USAGE_ERROR_ACTION(fm, p);postaction:POSTACTION(fm);}}
#if !FOOTERS
#undef fm
#endif /* FOOTERS */
}

又是很长一大段代码。这段代码首先将内存块标记为空闲，然后根据内存申请方式分别处理。如果内存块大于256kb，那么马上通过munmap()释放内存。如果内存块小于256kb，那么检查相邻的两个内存块是否空闲，如果空闲就跟相邻的内存块合并。然后还需要检查top chunk是否大于2mb。如果top chunk大于2mb，将top chunk释放回内核。

内存块大于256kb时释放内存的代码如下：

          size_t prevsize = p->prev_foot;       // 前面一个内存块的大小if ((prevsize & IS_MMAPPED_BIT) != 0) { // 如果是通过mmap方式创建的内存块prevsize &= ~IS_MMAPPED_BIT;psize += prevsize + MMAP_FOOT_PAD;if (CALL_MUNMAP((char*)p - prevsize, psize) == 0)fm->footprint -= psize;goto postaction;}

p->prev_foot包含了两项信息：前一个内存块的长度和前一个内存块的创建方式（mmap还是brk）。当申请的内存块大于256kb时dlmalloc通过mmap()申请内存，并为这个内存块创建了一个malloc_chunk结构。由于只有一个malloc_chunk结构，没有相邻的malloc_chunk结构，因此malloc_chunk中的prev_foot字段就没有意义了。这时dlmalloc将prev_foot中比特0用作标志位IS_MMAPPED_BIT，表示这个内存块是通过mmap()方式创建的。因此，如果prev_foot中的IS_MMAPPED_BIT置位了，那么就调用munmap()释放内存（CALL_MUNMAP）。
最后来看看dlmalloc收缩top chunk的代码，这是在函数sys_trim()中实现的，代码如下：

static int sys_trim(mstate m, size_t pad) {size_t released = 0;if (pad < MAX_REQUEST && is_initialized(m)) {pad += TOP_FOOT_SIZE; /* ensure enough room for segment overhead */// 调整pad，pad表示需要保留的内存量.if (m->topsize > pad) {/* Shrink top space in granularity-size units, keeping at least one */size_t unit = mparams.granularity;    // 申请/释放内存需要是这个值的倍数.// 这是需要释放的内存量.size_t extra = ((m->topsize - pad + (unit - SIZE_T_ONE)) / unit -SIZE_T_ONE) * unit;// 取出包含top chunk的segment.msegmentptr sp = segment_holding(m, (char*)m->top);if (!is_extern_segment(sp)) {// 这个segment是通过mmap方式创建的，那么就通过munmap()或者mremap()方式释放内存.if (is_mmapped_segment(sp)) {if (HAVE_MMAP &&sp->size >= extra &&  // extra是将要释放的内存量!has_segment_link(m, sp)) { /* can't shrink if pinned */size_t newsize = sp->size - extra;    // 计算释放后剩余的内存量if ((CALL_MREMAP(sp->base, sp->size, newsize, 0) != MFAIL) ||(CALL_MUNMAP(sp->base + newsize, extra) == 0)) {released = extra;}}}// 这个segment是通过brk方式创建的，那么就通过brk()调整堆的结束位置.else if (HAVE_MORECORE) {if (extra >= HALF_MAX_SIZE_T) /* Avoid wrapping negative */extra = (HALF_MAX_SIZE_T) + SIZE_T_ONE - unit;ACQUIRE_MORECORE_LOCK();{/* Make sure end of memory is where we last set it. */char* old_br = (char*)(CALL_MORECORE(0));    // 获取当前堆的结束地址.if (old_br == sp->base + sp->size) {// 开始收缩堆char* rel_br = (char*)(CALL_MORECORE(-extra));  // sbrk()char* new_br = (char*)(CALL_MORECORE(0));if (rel_br != CMFAIL && new_br < old_br)released = old_br - new_br;}}RELEASE_MORECORE_LOCK();}}if (released != 0) {sp->size -= released;m->footprint -= released;init_top(m, m->top, m->topsize - released); // 重新初始化top chunk.check_top_chunk(m, m->top);}} // end if (m->topsize > pad)/* Unmap any unused mmapped segments */if (HAVE_MMAP)released += release_unused_segments(m);/* On failure, disable autotrim to avoid repeated failed future calls */if (released == 0)m->trim_check = MAX_SIZE_T;}return (released != 0)? 1 : 0;
}

当申请的内存量小于256kb时，dlmalloc首先通过brk()方式扩展堆，如果失败了会尝试通过mmap()方式申请内存。因此，top chunk可能是通过brk()方式申请的，也可能是通过mmap()方式申请的。如果通过brk()方式申请的，那么就需要通过brk()收缩堆；如果通过mmap()方式申请的，那么就需要通过munmap()或mremap()释放内存。

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