如果对ptmalloc的基本设计还不熟悉，请先看：https://blog.csdn.net/songchuwang1868/article/details/89951543
一、bin数组
bin数组大体分成三个部分：
1、unsored bin数组
- 暂存一些没有排序的数据
- unsored bin数组中的块马上就会分配给用户或者放到small/large bin数组中
2、small bin数组
- 每项指向一个双向链表，链表中每一项都是一样的大小
- 最小32Byte，16Byte递增，直到1K
3、large bin数组
- 每项是一个范围
- 每项指向的是双向链表，双向链表维护有序的块，除了fd和bk外还有fd_nextsize和bk_nextsize的使用
二、fast bin数组
- 独立于前面的bin数组
- 最小32Byte，16Byte递增，直到128Byte
- 单向链表，便于使用CAS实现无锁操作
- 使用arena分配内存时，先到fast bin中找，找到匹配的块直接返回，找到更大的块，切割需要的大小返回。由于fast bin中的块很散碎而没有找到，摘取fast bin中所有的块，进行合并。将合并后更大的块放到unsored bin中，遍历unsored bin找需要的块，遍历过程中顺便将unsored bin中的块放到small bin和large bin中。
三、arena
- 每个arena中包含了一个bin和一个fast_bin
- 每个进程中有最多有N个arena，N=cpu_num*2（32位系统），也就是说arena数仅仅与cpu数目相关
- ptmalloc是C库中的功能，所以必定在用户层上，所以必定每个进程一份，也就是说每个进程有N个arena。所有跨越进程的共享资源都在内核中维护
- 同一个进程中的多个线程共享这对应进程中的N个arena
- 多个线程可以绑定到同一个arena上，当部分arena耗尽的情况下，一个线程也可能切换到其他arena
四、top chunk
- 每当arena管理的内存不够时，使用mmap（非主arena）或者brk（主arena）分配1M大小的堆空间
- 虽然分配了1M的空间，但不是直接使用，而是每次用4K，也就是每次用一个页面。未用到的页面设定为protected页，如果用户误写了protected页，段错误
- 在一个可用页中切割chunk
- top chunk指向已切割chunk的最后，换言之，每次切割新的chunk，从top chunk处开始
- 当归还内存时，归还的chunk会与top chunk合并（也就是top chunk上移）
五、heap
- 这里的heap不是内存布局中的heap，而是一个malloc中的结构体
- arena可能使用的内存超过1M，会分配多个Heap，并用链表维护
- top chunk位域最后一个heap的最后一个chunk的后面
- arena位于第一个Heap中
- Heap1 M对齐，任意一个chunk要找到自己属于哪一个arena是很容易的，只看自己的高位，便能找到自己所属的heap，再定位到相应的arena
- 归还内存，使top chunk位移到heap开始的地方，说明整个heap都归还了，ptmalloc将整个heap还给系统
- ptmalloc这里存在一个槽点，如果中间的heap基本空闲（但有几个chunk还没有回收），但对应的heap却得不到回收
六、thread cache
最新版的ptmalloc向tc malloc学习，使用了线程局部存储来优化设计，线性局部存储不熟请看：https://blog.csdn.net/songchuwang1868/article/details/90143332
ptmalloc中的thread cache有如下特点：
- tcache与small bin类似，最小32Byte，16Byte递增，直到1K
- 每个链表最多7个chunk
- 每次申请内存，先到thread cache中找，没有再到arena中取找
七、分配流程
- 有thread cache，先到thread cache中找
- 到fast bin中找
- 到small bin中找，找到返回，没有找到开始清理fast bin
- 将fast bin中的块取下来，相邻的合并，放到unsorted bin中
- 遍历unsorted bin，如果能够分配，进行分配，不能分配将其挂到bin中相应的位置
- 到large bin中找，如果能够分配，进行切割，一部分交给用户，剩余部分放到unsorted bin中
- 如果遍历完lare bin没有找到，mmap新内存
八、回收流程
- 有thread cache，且大小合适，放到thread cache中
- 放到fast bin中，无论当前fast bin中有多少块，只要在fast bin的chunk size范围内，就放到fast bin中
- 放到bin（包括small bin和large bin）中，放的时候看能不能与相邻块合并，合并后放到unsorted bin中