nt内核里的堆管理(1)：关键结构

严格的说，用户态和内核态都有堆管理相关的内容，两者用的是同一份代码，稍微有些不同的地方就用宏隔开。在windows上写c程序会有不止一个的“堆管理器”介入，比如malloc, free用c runtime的堆管理器；用户态的HeapAlloc,HeadFree等函数用ntdll.dll里的堆管理器；内核态的RtlHeapAlloc,RtlHeapFree等用ntoskrnl.exe里的堆管理器。感觉蛮混乱的，相比之下linux内核里没有所谓的“堆管理器”，堆相关操作全在glibc（linux上的c runtime)里实现，内核中要动态申请（小块）内存，用的是kmalloc函数，而且申请到的是物理内存。gussing.cnblogs.com

堆管理的实质是：系统一次性批发很大一块内存留着，然后慢慢零售给应用程序。应用程序释放的内存也不直接还给系统的虚存管理系统，而是先给堆管理器，等攒够一块大的再一次性归还。有4个比较重要的队列负责实现此种批发零售：Segment队列，LookAside队列组，FreeList队列组，以及VirtualAllocatedBlock队列。gussing.cnblogs.com

Segment队列是一个静态数组，大小为64，充当批发商的角色，其他队列保留的内存其实都在Segment数组里，它们只是再引用而已。gussing.cnblogs.com

FreeList队列组是一个内存块的缓冲区域，拥有128个队列。应用程序释放的内存会先保留在FreeList里，之后程序再申请内存会先找FreeList里保留的。比如某程序释放了6单位大小的内存，它将被插入到FreeList[6]队列里。下次程序又申请6单位大小的内存，就可以直接取FreeList[6]队列里的内存块使用的。当然，实际情况比这个要稍微复杂些，因为你申请6单位大小内存的时候FreeList[6]可能是空的，这时候你就需要顺着FreeList[7],FreeList[8]这样一路找下去，直到找到合适的块（假设为9）为止。然后堆管理器会把这个块切割成两份，一份6单位大小返回给程序；另一份3单位大小的额外内存。原本这3单位全是可以直接使用的，现在第一单位被征用作为块头用于管理，然后插入到FreeList[3]中去。FreeList队列组中，第0号队列是比较特殊的，因为堆管理器里保存的内存块都带1单位的管理域，它的大小最小也就是1，不可能是0，于是0号队列就被空出来了。再考虑到FreeList中只有128个数组，大于128的内存块就没地方去了，正好FreeList[0]空着，就放到那里去吧。所以FreeList[0]中保留了大于128，小于某阈值的内存块。gussing.cnblogs.com

LookAside队列组长的和FreeList队列组很像，也是128个队列，但区别在于LookAside队列不会迁就应用程序，程序在这个队列里申请内存，有合适的就给你，没合适的就拉倒，你想让他把一块大的分割出来给你？对不起，办不到。这么做可以缓解内存碎片的问题：倘若一个程序申请释放小块内存很多很多次，那么FreeList里存着的就基本上全是小块内存了，这时候你要申请一块大的，即使内存其实还足够多，堆管理器也没法拿到合适的。而LookAside队列这样不给你分割的，即使你申请释放小内存很多次，对大内存也一点影响没有。gussing.cnblogs.com

应用程序每次操作的内存大小一般都是很小的，几十字节，几百k都是最常见的，但你也阻止不了人家申请巨大内存啊，比如有个人就是要申请20M内存，你还能不给他？这么大的内存块，FreeList和LookAside是没地方给他保存了（FreeList[0]中保留的也必须小于某阈值啊，不可能什么样的大内存都给你放），堆管理器就索性绕过所有的队列容器啥的，直接给它申请虚存，，申请到的内存就放在VirtualAllocatedBlock队列中。gussing.cnblogs.com

堆管理器的关键数据结构就是这些，围绕这些结构进行的具体操作，我们以后再谈。gussing.cnblogs.com