了解glibc malloc分箱实现

问题描述

最近我一直在研究glibc malloc实现的内部。但是，对于bin索引，我似乎无法理解一件事。因此，在malloc_state结构中，我们有以下声明，为了简洁起见，它们的格式很简单：

struct malloc_state
{
  /* 
       .
       .
       Some declarations
       .
       .
  */

  /* Set if the fastbin chunks contain recently inserted free blocks.  */
  /* Note this is a bool but not all targets support atomics on booleans.  */
  int have_fastchunks;

  /* Fastbins */
  mfastbinptr fastbinsY[NFASTBINS];

  /* Base of the topmost chunk -- not otherwise kept in a bin */
  mchunkptr top;

  /* The remainder from the most recent split of a small request */
  mchunkptr last_remainder;

  /* Normal bins packed as described above */
  mchunkptr bins[NBINS * 2 - 2];

  /* Bitmap of bins */
  unsigned int binmap[BINMAPSIZE];
  
  /* 
       .
       .
       Some more declarations
       .
       .
  */
};

现在我的问题是关于此结构中bins数组的声明。 bins数组声明如下： mchunkptr bins[NBINS * 2 - 2];

据我所知，使用bin_at宏定义了指向垃圾箱的指针，如下所示：

typedef struct malloc_chunk *mbinptr;

/* addressing -- note that bin_at(0) does not exist */
#define bin_at(m,i) \
  (mbinptr) (((char *) &((m)->bins[((i) - 1) * 2]))               \
             - offsetof (struct malloc_chunk,fd))

现在，我的问题如下。为什么bins数组中保留的bin数量大约是两倍？我了解到，由于调用free而导致为未排序的块保留了一个bin，对于已排序大小的空闲块有NBINS个bin数量。但是，我不了解其余垃圾箱的用途。

我怀疑这是有原因的。但是，从源代码来看，这对我来说还不清楚。如果你们中的任何人有一些指针或说明为什么这样做的文档，将不胜感激！

提前谢谢！

解决方法

由于bin是双向链接的列表，所以每个bin头都包含两个指针，而不是一个：第一个指针指向列表的开头，第二个指针指向结尾的指针。这就是为什么指针是箱的两倍的原因。 （请注意，未使用箱号0，因此箱数实际上是NBINS - 1。）

在双向链接列表实现中很常见，列表实际上是循环的；标头可以视为链接条目。这样就避免了在添加元素之前检查垃圾箱是否存在的必要。 （在空容器中，第一个和最后一个点都指向容器标题本身。）但是，fd中的前向（bk）和后向（malloc_chunk）指针不在块的开始。为了将bin数组中的一对指针视为一个块条目，该对指针的地址需要反向偏移fd中的malloc_chunk指针的偏移量。>

图可能会有所帮助。垃圾箱中有两个大块的样子如下：

     Bins Array                Chunk 0                Chunk 1 

+--> XXXXXXXXXX <-\     /--> +--------+ <-\     /--> +--------+ <-----+
|    XXXXXXXXXX    \   /     |  p_sz  |    \   /     |  p_sz  |       |
|    XXXXXXXXXX     \ /      +--------+     \ /      +--------+       |
|    XXXXXXXXXX      X       |   sz   |      X       |   sz   |       |
|    +--------+     / \      +--------+     / \      +--------+       |
|    | [2i-2] | -->/   \     |   fd   | -->/   \     |   fd   | ->+   |
|    +--------+         \    +--------+         \    +--------+   |   |
|    | [2i-1] | -->+     \<- |   bk   |          \<- |   bk   |   |   |
|    +--------+    |         +--------+              +--------+   |   |
|                  |                                              |   |
|                  +----------------------------------------------+---+
|                                                                 |
+<----------------------------------------------------------------+

XXX显示了反向偏移量，该偏移量允许指针保持一致。