Go：內(nèi)存管理與內(nèi)存清理

Illustration created for “A Journey With Go”, made from the original Go Gopher, created by Renee French.

這篇文章基于 Go 1.13 版本。有關(guān)內(nèi)存管理的討論在我的文章  ”Go:內(nèi)存管理與分配^[1] ” 中有解釋。

清理內(nèi)存是一個(gè)過程，它能夠讓 Go 知道哪些內(nèi)存段最近可用于分配。但是，它并不會(huì)使用將位置 0 的方式來清理內(nèi)存。

將內(nèi)存置 0

將內(nèi)存置 0 的過程 —— 就是把內(nèi)存段中的所有位賦值為 0 —— 是在分配過程中即時(shí)執(zhí)行的。

Zeroing the memory

但是，我們可能想知道 Go 采用什么樣的策略去知道哪些對象能夠用于分配。由于在每個(gè)范圍內(nèi)有一個(gè)內(nèi)部位圖 allocBits，Go 實(shí)際上會(huì)追蹤那些空閑的對象。讓我們從初始態(tài)開始來回顧一下它的工作流程，

Free objects tracking with allocBits

就性能角度來看，allocBits 代表了一個(gè)初始態(tài)并且會(huì)保持不變，但是它會(huì)由 freeIndex（一個(gè)指向第一個(gè)空閑位置的增量計(jì)數(shù)器）所協(xié)助。

然后，第一個(gè)分配就開始了：

Free objects tracking with allocBits

freeIndex 現(xiàn)在增加了，并且基于 allocBits 知道了下一段空閑位置。

分配過程將會(huì)再一次出現(xiàn)，之后， GC 將會(huì)啟動(dòng)去釋放不再被使用的內(nèi)存。在標(biāo)記期間，GC 會(huì)用一個(gè)位圖 gcmarkBits 來跟蹤在使用中的內(nèi)存。讓我們通過我們運(yùn)行的程序以相同的示例為例，在第一個(gè)塊不再被使用的地方。

Memory tracking during the garbage collector

正在被使用的內(nèi)存被標(biāo)記為黑色，然而當(dāng)前執(zhí)行并不能夠到達(dá)的那些內(nèi)存會(huì)保持為白色。

有關(guān)更多關(guān)于標(biāo)記和著色階段的信息，我建議你閱讀我的這篇文章 Go：GC 是如何標(biāo)記內(nèi)存的？^[2]

現(xiàn)在，我們可以使用 gomarkBits 精確查看可用于分配的內(nèi)存。Go 現(xiàn)在也使用 gomarkBits 代替了 allocBits ，這個(gè)操作就是內(nèi)存清理：

Sweeping a span

但是，這必須在每一個(gè)范圍內(nèi)執(zhí)行完畢并且會(huì)花費(fèi)許多時(shí)間。Go 的目標(biāo)是在清理內(nèi)存時(shí)不阻礙執(zhí)行，并為此提供了兩種策略。

清理階段

Go 提供了兩種方式來清理內(nèi)存：

• 使用一個(gè)工作程序在后臺等待，一個(gè)一個(gè)的清理這些范圍。
• 當(dāng)分配需要一個(gè)范圍的時(shí)候即時(shí)執(zhí)行。

關(guān)于后臺工作程序，當(dāng)開始運(yùn)行程序時(shí)，Go 將設(shè)置一個(gè)后臺運(yùn)行的 Worker（唯一的任務(wù)就是去清理內(nèi)存），它將進(jìn)入睡眠狀態(tài)并等待內(nèi)存段掃描：

Background sweeper

通過追蹤過程的周期，我們也能看到這個(gè)后臺工作程序總是出現(xiàn)去清理內(nèi)存：

Background sweeper

清理內(nèi)存段的第二種方式是即時(shí)執(zhí)行。但是，由于這些內(nèi)存段已經(jīng)被分發(fā)到每一個(gè)處理器的本地緩存 mcache 中，因此很難追蹤首先清理哪些內(nèi)存。這就是為什么 Go 首先將所有內(nèi)存段移動(dòng)到 mcentral 的原因。

Spans are released to the central list

然后，它將會(huì)讓本地緩存 mcache 再次請求它們，去即時(shí)清理：

Sweep span on the fly during allocation

即時(shí)掃描確保所有內(nèi)存段在保存資源的過程中都會(huì)得到清理，同時(shí)會(huì)保存資源以及不會(huì)阻塞程序執(zhí)行。

與 GC 周期的沖突

正如之前看到的，由于后臺只有一個(gè) worker 在清理內(nèi)存塊，清理過程可能會(huì)花費(fèi)一些時(shí)間。但是，我們可能想知道如果另一個(gè) GC 周期在一次清理過程中啟動(dòng)會(huì)發(fā)生什么。在這種情況下，這個(gè)運(yùn)行 GC 的 Goroutine 就會(huì)在開始標(biāo)記階段前去協(xié)助完成剩余的清理工作。讓我們舉個(gè)例子看一下連續(xù)調(diào)用兩次 GC，包含數(shù)千個(gè)對象的內(nèi)存分配的過程。

Sweeping must be finished before a new cycle

via：https://medium.com/a-journey-with-go/go-memory-management-and-memory-sweep-cc71b484de05

作者：Vincent Blanchon^[3]譯者：sh1luo^[4]校對：polaris1119^[5]

本文由 GCTT^[6] 原創(chuàng)編譯，Go 中文網(wǎng)^[7] 榮譽(yù)推出

參考資料