最新诸葛马:V8系列——内存管理(1)

高效的程序离不开内存的有效管理。自己对内存管理的好处不少：减少内存分配、回收开销、避免内存碎片、定位内存位置、方便内存整理、跟踪内存使用等等。V8 的堆内存Heap用于存预编译的code、JS对象内存分配、运行上下文对象分配、垃圾回收等。

一、内存的建构(Heap::Setup)

1、在V8完成OS操作的setup后，随即建立和管理内存；首先配置Heap参数，Heap分为Young Generaion & Old Generation，Young Generation被划分为两个semispace，每个semispace大小默认为2MB；Old Gernation 默认大小为512MB；概念上讲Young Generation = new space，Old Generation = old space，即Heap又可以看成被划分成若干个space（既有free space，也有PagedSpace，即空间的大小与内存页大小对齐），每个space专门负责相应对象的内存分配和回收。

2、Heap 接着配置内存分配器MemoryAllocator（singleton），让之为heap生成ChunkInfo信息，其中包括了内存地址、大小以及所属的PagedSpace。Heap被划分成若干个chunk，每个chunk大小=PagesPerChunk*PageSize = 64*8K（视操作系统内存页而定）= 512K。同时内存分配器预留分配了一块２*Young Generation大小（8MB）的虚拟内存(initial_chunk_)。

后续所有内存的分配都得通过MemoryAllocator进行，setup时候设置了最大的size为Young Generation Size + Old Generation Size，即默认为516MB。

3、接着Heap对该块虚拟内存进行如下空间划分：

其中CodeSpace与OldSpace共享4MB的空间划分策略是否可以优化？

4、每个space的setup。

（4.1）各个space的关系如下：

（4.2）各个space的作用：

A. LargeObjectSpace ：为了避免大对象的拷贝，使用该空间专门存储大对象（大小超过Normal Page能容纳的对象范围），包括Code、Sequetial String、FixedArray；

B. MapSpace ：存放对象的Map信息，即hidden_class；最大限制为8MB；每个Map对象固定大小，为了快速定位，所以将该空间单独出来；

C. NewSpace ：存放多种类型对象，最大限制为2MB；

D. CodeSpace ：存放预编译代码（?）；最大限制为512MB；

E. Old_Pointer_Space ：存放GC后surviving的指针对象；最大限制为512MB；

F. Old_Data_Space ：存放GC后surviving的数据对象；最大限制为512MB；

二、内存的析构(Heap::TearDown)

new_space_、old_pointer_space_、old_data_space_、code_space_、map_space_、lo_space_依次析构，最后是内存分配器MemoryAllocator::TearDown。

三、空间的内存分配

根据对象类型、对象生命状态，在对应的空间中分配内存，总的内存申请入口在Heap::AllocateRaw。每个space的相同之处，都使用AllocationInfo记录空间的top和limit，即当前可用内存起始地址和终止地址。但不同space的内存分配逻辑不同，具体表现为：

1、 PagedSpace的内存分配

由于PagedSpace空间由多个page组成，page的结构如下：

为了避免申请的内存跨页（即避免内存缺页中断，从而增加对象访问延迟），所以分配内存步骤可以划分为：

（1）如果申请内存大小没有超过current_page限制，则直接划分出该大小区域，并往前移动top指针（增加地址）；

（2）通过current_page的opaque_header查找到nextpage，并询问其是否可用，是则把AllocationInfo更新为nextpage，返回（1）；此外，对于current_page剩余的内存块，不同的派生类处理不同，MapSpace直接将之丢弃，可能是考虑到map大小固定，每个page浪费掉PageSize%MapSize，空间不算大，不过它仍然有free list，收集map对象回收后的内存；OldSpace则将之放入到一个free list，供后面使用；

（3）从空间的free list查找是否有可用的内存块，MapSpace free list直接把头结点划分出去，而OldSpaceFreeList::Allocate复杂些，后续讨论；

（4）扩展空间，MemoryAllocator::AllocatePages转而请求分配虚拟内存，在不超过最大空间限制前提下扩展一个chunk，即64个page，返回（2）；

（5）返回Failure::RetryAfterGC，回收内存垃圾并重试。后续会解释如果利用该返回结果进行GC并重试。

具体流程如下：

      从PagedSpace::Expand可以窥见该space的初始化逻辑如下：

a）指定需要分配的Page数目，交给内存配置器MemoryAllocator执行

b）MemoryAllocator自身也有最大内存数目的限制，不能保证刚才指定的page数目，只有最大限度地满足，不然只有返回错误；

c）初始化chunk中的所有Page信息；

2、NewSpace的内存分配：如果当前空间满足申请大小，则直接分配，否则返回Failure::RetryAfterGC，回收内存垃圾并重试。

3、LargeObjectSpace的内存分配

    由于该空间中每个Page都只会存放一个对象，所以当申请内存块时，直接通过MemoryAllocator::AllocateRawMemory分出一块对象大小的内存，并加入到该空间的内存块管理链表中。