TLSF算法概念,原理,内存碎片问题分析

TLSF算法介绍

TLSF(Two-Level Segregated Fit,两级分割适应算法)。

  1. 第一级(first level,简称fl):将内存大小按2的幂次方划分一个粗粒度的范围,如一个72字节的空闲内存的fl是6(72介于26与27之间)。
  2. 第二级(second level,简称sl):在第一级的基础上做线性化的细粒度划分,分为多少等份由可配置的SLI参数确定,在32bit的系统中,最优的SLI为4或者5。
    若为4,则等分为24=16份,每一份分割叫做Segregated list(分割链表)。

在这里插入图片描述
如图中的[104,…,111],链表上挂着的是大小范围为104…111的free blocks,数字104,…,111代表的是内存的大小,而非内存地址,TLSF算法将内存分成不同大小的块。

这个分割链表管理了两个内存块,一个大小为109字节,一个大小为104字节。
TLSF算法根据需要的内存大小,根据前面的两级分割算法计算出fl和sl,采用good fit策略,分割链表中的free block都必须大于需要的内存大小。

如需要一个72字节的内存,假设SLI=2(简单起见 ,做4等分),则fl=6,sl=0,加入选择sl=0这个分割链表,由于67小于72,不满足分割列表中所有free block大于需要的内存条件,所以取sl=1,如果sl==1这个分割链表不为空,则返回这个链表中第一个free block给到应用程序。

TLSF代码分析

TLSF在tlsf_malloc中先调用block_locate_free获取free block,再调用block_prepare_used获取free block的内存地址返回给应用程序。

void* tlsf_malloc(tlsf_t tlsf, size_t size)
{control_t* control = tlsf_cast(control_t*, tlsf);const size_t adjust = adjust_request_size(size, ALIGN_SIZE);block_header_t* block = block_locate_free(control, adjust); //获取空闲内存块头return block_prepare_used(control, block, adjust);//获取free block的内存地址
}

在这个过程中,与good fit相关的是两个函数mapping_search和serach_suitable_block()。

/* This version rounds up to the next block size (for allocations) */
static void mapping_search(size_t size, int* fli, int* sli)
{if (size >= SMALL_BLOCK_SIZE){const size_t round = (1 << (tlsf_fls_sizet(size) - SL_INDEX_COUNT_LOG2)) - 1;size += round;}mapping_insert(size, fli, sli);
}static void mapping_insert(size_t size, int* fli, int* sli)
{int fl, sl;if (size < SMALL_BLOCK_SIZE){/* Store small blocks in first list. */fl = 0;sl = tlsf_cast(int, size) / (SMALL_BLOCK_SIZE / SL_INDEX_COUNT);}else{fl = tlsf_fls_sizet(size);sl = tlsf_cast(int, size >> (fl - SL_INDEX_COUNT_LOG2)) ^ (1 << SL_INDEX_COUNT_LOG2);fl -= (FL_INDEX_SHIFT - 1);}*fli = fl;*sli = sl;
}

mapping_search先对size做一个四舍五入,再根据size计算fl和sl,作为下一步的search_suitable_block的起点。

static block_header_t* search_suitable_block(control_t* control, int* fli, int* sli)
{int fl = *fli;int sl = *sli;/*** First, search for a block in the list associated with the given** fl/sl index.*/unsigned int sl_map = control->sl_bitmap[fl] & (~0U << sl);if (!sl_map){//没有free_block存在,搜索下一个first levelconst unsigned int fl_map = control->fl_bitmap & (~0U << (fl + 1));if (!fl_map){//没有可用的free block,内存已经用完return 0;}fl = tlsf_ffs(fl_map);*fli = fl;sl_map = control->sl_bitmap[fl];}tlsf_assert(sl_map && "internal error - second level bitmap is null");sl = tlsf_ffs(sl_map);*sli = sl;//返回分割链表的第一个free blockreturn control->blocks[fl][sl];
}

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