Как работает malloc в многопоточной среде?

Ответ 1

glibc 2.15 управляет несколькими аренами выделения. Каждая арена имеет свой замок. Когда поток должен выделять память, malloc() выбирает арену, блокирует ее и выделяет из нее память.

Механизм выбора арены несколько сложный и направлен на сокращение блокировки:

/* arena_get() acquires an arena and locks the corresponding mutex.
   First, try the one last locked successfully by this thread.  (This
   is the common case and handled with a macro for speed.)  Then, loop
   once over the circularly linked list of arenas.  If no arena is
   readily available, create a new one.  In this latter case, `size'
   is just a hint as to how much memory will be required immediately
   in the new arena. */

Имея это в виду, malloc() в основном выглядит так (отредактировано для краткости):

  mstate ar_ptr;
  void *victim;

  arena_lookup(ar_ptr);
  arena_lock(ar_ptr, bytes);
  if(!ar_ptr)
    return 0;
  victim = _int_malloc(ar_ptr, bytes);
  if(!victim) {
    /* Maybe the failure is due to running out of mmapped areas. */
    if(ar_ptr != &main_arena) {
      (void)mutex_unlock(&ar_ptr->mutex);
      ar_ptr = &main_arena;
      (void)mutex_lock(&ar_ptr->mutex);
      victim = _int_malloc(ar_ptr, bytes);
      (void)mutex_unlock(&ar_ptr->mutex);
    } else {
      /* ... or sbrk() has failed and there is still a chance to mmap() */
      ar_ptr = arena_get2(ar_ptr->next ? ar_ptr : 0, bytes);
      (void)mutex_unlock(&main_arena.mutex);
      if(ar_ptr) {
        victim = _int_malloc(ar_ptr, bytes);
        (void)mutex_unlock(&ar_ptr->mutex);
      }
    }
  } else
    (void)mutex_unlock(&ar_ptr->mutex);

  return victim;

Этот распределитель называется ptmalloc. Он основан на более ранней работе Дуга Ли и поддерживается Вольфрамом Глогером.

Ответ 2

Doug Lea malloc использовал грубую блокировку (или отсутствие блокировки в зависимости от настроек конфигурации), где каждый вызов malloc/realloc/free защищен глобальным мьютезом. Это безопасно, но может быть неэффективным в многопоточных средах.

ptmalloc3, который является реализацией по умолчанию malloc в библиотеке GNU C (libc), используемой в большинстве систем Linux в эти дни, имеет более тонкую стратегию, как описано в aix answer, которая позволяет нескольким потокам одновременно безопасно распределять память.

nedmalloc - еще одна независимая реализация, которая утверждает, что даже лучше, чем ptmalloc3, и много других распределителей. Я не знаю, как это работает, и, похоже, нет никакой очевидной документации, поэтому вам нужно будет проверить исходный код, чтобы увидеть, как он работает.