一、前言
本文章为主要为《Go 内存管理 & 编译器优化思路》的笔记。
二、Go内存分配
分块
- 目标：为对象在heap上分配内存
- 提前将内存分块
- 调用系统调用mmap()向OS申请一大块内存，例如4MB
- 先将内存划分成大块，例如8KB，称作mspan
- 再将大块继续划分成特定大小的小块，用于对象分配
- noscan mspan:分配不包含指针的对象——GC不需要扫描
- scan mspan:分配包含指针的对象——GC需要扫描
- 对象分配：根据对象的大小，选择最合适的块返回
缓存
- TCMalloc:thread caching
- 每个p包含一个mcache用于快速分配，用于为绑定于p上的g分配对象
- mcache管理一组mspan
- 当mcache中的mspan分配完毕，向mcentral申请带有未分配块的mspan
- 当mspan中没有分配的对象，mspan会被缓存在mcentral中，而不是立刻释放并归还给OS
Go内存管理优化
- 对象分配是非常高频的操作：每秒分配GB级别的内存
- 小对象占比较高
- Go内存分配比较耗时
- 分配路径长：g->m->p->mcache->mspan->memory block->return pointer
- pprof:对象分配的函数是最频繁调用的函数之一
Balanced GC
- 每个g都绑定一大块内存（1KB），称作goroutine allocation buffer（GAB）
- GAB用于noscan类型的小对象分配<128B
- 使用三个指针维护GAB：base，end，top
- Bump pointer（指针碰撞）风格对象分配
三、编译器和静态分析
编译器的结构
- 重要的系统软件
- 识别符合语法和非法的程序
- 生成正确且高效的代码
- 分析部分（前端front end）
- 词法分析，生成词素（lexeme）
- 语法分析，生成语法树
- 语义分析，收集类型信息，进行语义检查
- 中间代码生成，生成intermediate representation（IR）
- 综合部分（后端back end）
- 代码优化，机器无关优化，生成优化后的IR
- 代码生成，生成目标代码
静态分析
- 静态分析：不执行程序代码，推导程序的行为，分析程序的性质。
- 控制流（Control flow）：程序执行的流程
- 数据流（Data flow）：数据在控制流上的传递
- 通过分析控制流和数据流，我们可以知道更多关于程序的性质（properties）
- 根据这些性质优化代码
四、Go编译器优化
函数内联（Inlining）
- 内联：将被调用函数的函数体（callee）的副本替换到调用位置（caller）上，同时重写代码以反映参数的绑定
- 优点
- 消除函数调用开销，例如传递参数、保存寄存器等
- 将过程见分析转化为过程内分析，帮助其他优化，例如逃逸分析
- 缺点
- 函数体变大，instruction cache（icache）不友好
- 编译生成的Go镜像变大
Beast Mode
- Go函数内联受到的限制较多
- 语言特性，例如interface，defer等，限制了函数内联
- 内联策略非常保守
- Beast mode：调整函数内联的策略，使更多函数被内联
- 降低函数调用的开销
- 增加了其他优化的机会：逃逸分析
逃逸分析
- 分析代码中指针的动态作用域：指针在何处可以被访问
- 大致思路
- 从对象分配处出发，沿着控制流，观察对象的数据流
- 若发现指针p在当前作用域s：
- 作为参数传递给其他函数
- 传递给全局变量
- 传递给其他的goroutine
- 传递给已逃逸的指针指向的对象
- 则指针p指向的对象逃逸出s，反之则没有逃逸出s
- Beast mode：函数内联拓展了函数边界，更多对象不逃逸
- 优化：未逃逸的对象可以在栈上分配
- 对象在栈上分配和回收很快：移动sp
- 减少在heap上的分配，降低GC负担
