go-内存机制（5）
总结
Go的内存结构
每个Go程序进程都由操作系统（OS）预先分配了一些虚拟内存，这是该进程可以访问的全部内存。在这个虚拟内存中实际正在使用的内存称为Resident Set（驻留内存)。该空间由内部内存结构管理，如下所示：
mheap(堆)
这里是Go存储动态数据（在编译时无法计算大小的任何数据）的地方。它是最大的内存块，也是进行垃圾收集（GC）的地方
驻留内存(resident set)被划分为每个大小为8KB的页，并由一个全局mheap对象管理。
大对象（大小> 32kb的对象）直接从mheap分配。这些大对象申请请求是以获取中央锁(central lock)为代价的，因此在任何给定时间点只能满足一个P的请求。
mheap通过将页归类为不同结构进行管理的：
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mspan：mspan是mheap中管理的内存页的最基本结构。这是一个双向链接列表，其中包含起始页面的地址，span size class和span中的页面数量。Go将内存页按大小分为67个不同类别，大小从8字节到32KB，见内存机制3.
每个span存在两个，一个span用于带指针的对象（scan class），一个用于无指针的对象（noscan class）。这在GC期间有帮助，因为noscan类查找活动对象时无需遍历span。 -
mcentral：mcentral将相同大小级别的span归类在一起。每个mcentral包含两个mspanList：
•empty：双向span链表，包括没有空闲对象的span或缓存mcache中的span。当此处的span被释放时，它将被移至non-empty span链表。
•non-empty：有空闲对象的span双向链表。当从mcentral请求新的span，mcentral将从该链表中获取span并将其移入empty span链表。
如果mcentral没有可用的span，它将向mheap请求新页。 -
arena：堆在已分配的虚拟内存中根据需要增长和缩小。当需要更多内存时，mheap从虚拟内存中以每块64MB（对于64位体系结构）为单位获取新内存， 这块内存被称为arena。这块内存也会被划分页并映射到span。
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mcache：这是一个非常有趣的构造。mcache是提供给P（逻辑处理器）的高速缓存，用于存储小对象（对象大小<= 32Kb）。尽管这类似于线程堆栈，但它是堆的一部分，用于动态数据。所有类大小的mcache包含scan和noscan类型mspan。Goroutine可以从mcache没有任何锁的情况下获取内存，因为一次P只能有一个锁G。因此，这更有效。mcache从mcentral需要时请求新的span。
stack(栈)
栈存储区，每个Goroutine（G）有一个栈。在这里存储了静态数据，包括函数栈帧，静态结构，原生类型值和指向动态结构的指针。
与许多垃圾回收语言相比，Go的一个主要区别是许多对象直接在程序栈上分配。Go编译器使用一种称为"逃逸分析"的过程来查找其生命周期在编译时已知的对象，并将它们分配在栈上，而不是在垃圾回收的堆内存中。在编译过程中，Go进行了逃逸分析，以确定哪些可以放入栈（静态数据），哪些需要放入堆（动态数据）。我们可以通过运行带有-gcflags '-m'标志的go build命令来查看分析的细节
- main函数被保存栈中的“main栈帧”中
- 每个函数调用都作为一个栈帧块被添加到堆中
- 包括参数和返回值在内的所有静态变量都保存在函数的栈帧块内
- 无论类型如何，所有静态值都直接存储在栈中。这也适用于全局范畴
- 所有动态类型都在堆上创建，并且被栈上的指针所引用。小于32Kb的对象由P的mcache分配。这同样适用于全局范畴
- 具有静态数据的结构体保留在栈上，直到在该位置将任何动态值添加到该结构中为止。该结构被移到堆上。
- 从当前函数调用的函数被推入堆顶部
- 当函数返回时，其栈帧将从栈中删除
- 一旦主过程(main)完成，堆上的对象将不再具有来自Stack的指针的引用，并成为孤立对象
栈是由操作系统自动管理的，而不是Go本身。因此，我们不必担心栈。另一方面，堆并不是由操作系统自动管理的，并且由于其具有最大的内存空间并保存动态数据，因此它可能会成倍增长，从而导致我们的程序随着时间耗尽内存。随着时间的流逝，它也变得支离破碎，使应用程序变慢。解决这些问题是垃圾收集的初衷。
内存管理
Go的内存管理包括在需要内存时自动分配内存，在不再需要内存时进行垃圾回收。
内存分配
Go根据对象的大小决定对象的分配过程，分为三类：
微小对象(Tiny)（size <16B）：使用mcache的微小分配器分配大小小于16个字节的对象。这是高效的，并且在单个16字节块上可完成多个微小分配。
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小对象（尺寸16B〜32KB）：大小在16个字节和32k字节之间的对象被分配在G运行所在的P的mcache的对应的mspan size class上。
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在微小型和小型对象分配中，如果mspan的列表为空，分配器将从mheap获取大量的页面用于mspan。如果mheap为空或没有足够大的页面满足分配请求，那么它将从操作系统中分配一组新的页（至少1MB）
大对象（大小> 32KB）：大于32 KB的对象直接分配在mheap的相应大小类上(size class)。如果mheap为空或没有足够大的页面满足分配请求，则它将从操作系统中分配一组新的页（至少1MB）。
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垃圾回收（GC）
Go通过垃圾回收机制管理堆内存。简单来说，它释放了孤儿对象(orphan object)使用的内存，所谓孤儿对象是指那些不再被栈直接或间接（通过另一个对象中的引用）引用的对象，从而为创建新对象的分配腾出了空间。
从Go 1.12版本开始，Go使用了非分代的、并发的、基于三色标记和清除的垃圾回收器。
当完成一定百分比（GC百分比）的堆分配，GC过程就开始了。收集器将在不同工作阶段执行不同的工作：
- 标记设置（mark setup, stw）：GC启动时，收集器将打开写屏障(write barrier)，以便可以在下一个并发阶段维护数据完整性。此步骤需要非常小的暂停(stw)，因此每个正在运行的Goroutine都会暂停以启用此功能，然后继续。
- 标记（并发执行的）：打开写屏障后，实际的标记过程将并行启动，这个过程将使用可用CPU能力的25%（用于GC的后台任务不超过25%）。对应的P将保留，直到该标记过程完成。这个过程是使用专用的Goroutines完成的。在这个过程中，GC标记了堆中的活动对象(被任何活动的Goroutine的栈中引用的）。当采集花费更长的时间时，该过程可以从应用程序中征用活动的Goroutine来辅助标记过程。这称为Mark Assist。（辅助GC）
- 标记终止（stw）：标记一旦完成，每个活动的Goroutine都会暂停，写入屏障将关闭，清理任务将开始执行。GC还会在此处计算下一个GC目标。完成此操作后，保留的P的会释放回应用程序。
- 清除（并发）：当完成收集并尝试分配后，清除过程开始将未标记为活动的对象回收。清除的内存量与分配的内存量是同步的(即回收后的内存马上可以被再分配了)。
