开源鸿蒙内核源码分析系列 | TLFS算法 | 图表解读TLFS原理（转载）

动态分配

本篇开始说一个耳朵听起老茧的概念 动态分配，将分成上下两篇，本篇为上篇，看完能快速理解开源鸿蒙内核源码对动态内存的具体实现。

本篇会结合图表从理论视角说清楚 TLFS 算法，下篇（内存池管理）会说清楚开源鸿蒙内核动态内存池实现过程。个人认为这部分代码很精彩，简洁高效，尤其对空闲节点和已使用节点的实现令人称奇。

TLFS 原理

TLSF(Two-Level Segregate Fit) 是一种用于实时操作系统的内存分配算法，用两级结构对空闲块按大小进行划分，采用两级链表/索引的方式来加快查找。详细可查看TLSF 论文：http://www.gii.upv.es/tlsf/files/ecrts04_tlsf.pdf

把上图看懂基本能明白 TLFS 的原理，请尝试自己先理解一遍再往下看。

解读：

为方便理解 ，将上图做成(表一)，中间过程请查看图表变化：

• 右边为第一级链表 First List (简称fl)。将空闲内存块的大小根据2的幂进行分类，如（32、64、128、…）， 这跟伙伴算法很类似，伙伴算法是物理内存的分配算法，这样做的好处是防止外部碎片化，是否空闲用位图标识 FL_bitmap | 一维数组，0011代表 [32-64]、[64-128]这个区间有内存可以申请，例如：malloc(37) 时，查到在区间[32-64]中，为 1代表本次可能可以申请到内存，但具体行不行得进入第二级查看。
• 中间为第二级链表 Second List (简称sl)。第二层链表在第一层的基础上，按照一定的间隔，线性分段，图中将其分成 8等份，对于[32-64]来说 1/8为4，对于[64 – 128]来说 1/8为8，可以确定的是等份也是2的倍数，同样是否空闲用位图标识SL_bitmaps[] | 二维数组 ，每个bit代表是否空闲，图中代表 [36 – 39]有内存可供分配，再查看其空闲链表发现真正可供分配的空间有两块，38 和 36，自然将 38 给 malloc(37) 返回，此时空闲链表中还剩36节点 ，所以 一二级位图数据不会有任何的变化。
• 左边为空闲链表块，上面挂fl，sl都为1时的空闲内存块，块大小为区间范围值，图中有两个空闲块 38b –> 36b，109b –> 104b，在实际运行过程往往出现同样大小的内存块例如38b –> 36b–> 36b

申请过程

用二次申请说明详细过程。

• malloc(37) ，发现值在区间[32-64]并对应fl的位图为1，说明sl中肯定会有一个1，但并不能保证能申请到。得细看第二步sl发现区间[36 – 39]的位图为1，说明空闲链表中肯定会有一块内存，，但也不能保证大小适合37。再看最后一步，发现有两块内存38b –> 36b，只有38b符合，于是 malloc(37) 的结果是获得了一块大小38b的内存块，相差的一个 1b称为内部碎片，这种碎片无法避免。将(表一)更新为(表二)：

• malloc(50)，同样落在[32-64]查看fl的位图为1，查看第二步sl只有[36 – 39]的位图为1，而 50 > 39，不能满足所以没必要看第三步，得返回第一步往上走发现[64-128]的fl的位图为1，50 < 64 说明 malloc(50) 这次肯定能申请到内存了，查看[64-128]对应的sl发现[104-111]的位图为1，到第三步发现有109b –> 104b两块，选择其中更小104b的块切割成50，54两小块，此时要对54处理挂入空闲链表，54处于fl = [32-64]， sl = [52-55]区间，地址为: 0x6838+50=0x686A 。所以将[52-55]区间位图置为1，并挂入空闲链表。将(表二)更新为(表三)：

注意此时[32-64]的二级位图变成了 00100010 有两个1。

释放过程

同样用二次释放说明详细过程。

• free(0x3457) 从地址可知正是上面的 malloc(37)的内存，与分配切割相对应的是释放有合并的步骤，但malloc(37)虽然申请是37，但其实内核记录的内存块大小是38，所以会找寻地址为 0x3457 + 38 = 0x348F 的地址是否也处于空闲，如果是则合并，由表三可知 并没有 0x348F的空闲块将，而38位于fl = [32-64]，sl = [36-39]区间，所以挂回该空闲链表等待后续再分配使用，由此(表三)更新为(表四)：

• free(0x5610) 这里假设内核记录该内存块大小为 0x15，归还的同时会找寻0x5610 + 0x15 = 0x5625 是否有空闲块，发现sl = [104-111]有一块109b空闲块，两块合成一块大小为 109 + 0x15 = 109 + 21 = 130，位于fl = [128-255]，sl = [128-143]区间，由此(表四)再更新为(表五)：

总结

TLSF(Two-Level Segregate Fit) 有两大优点：

• 实时性，执行速度快，只需查询位图就能知道结果，最多查询两次一级位图，时间复杂度为O(1)。
• 碎片少，浪费少，利用率高，因采用2次幂的方式，切割和合并非常的方便，很少出现外部碎片。

真正的开源鸿蒙内存动态分配实现过程比这些要复杂些，但有了本文算法基础做铺垫看源码实现会容易很多。

百文说内核 | 抓住主脉络

子曰：“诗三百，一言以蔽之，曰‘思无邪’。”——《论语》：为政篇。

百文相当于摸出内核的肌肉和器官系统，让人开始丰满有立体感，因是直接从注释源码起步，在开源鸿蒙内核源码加注释过程中，每每有心得处就整理，慢慢形成了以下文章。内容立足源码，常以生活场景打比方尽可能多的将内核知识点置入某种场景，具有画面感，容易理解记忆。说别人能听得懂的话很重要! 百篇博客绝不是百度教条式的在说一堆诘屈聱牙的概念，那没什么意思。更希望让内核变得栩栩如生，倍感亲切.确实有难度，自不量力，但已经出发，回头已是不可能的了。
百万汉字注解内核目的是要看清楚其毛细血管，细胞结构，等于在拿放大镜看内核。内核并不神秘，带着问题去源码中找答案是很容易上瘾的，你会发现很多文章对一些问题的解读是错误的，或者说不深刻难以自圆其说，你会慢慢形成自己新的解读，而新的解读又会碰到新的问题，如此层层递进，滚滚向前，拿着放大镜根本不愿意放手。

与代码有bug需不断debug一样，文章和注解内容会存在不少错漏之处，请多包涵，但会反复修正，持续更新，v**.xx 代表文章序号和修改的次数，精雕细琢，言简意赅，力求打造精品内容。百篇博客系列思维导图结构如下：

根据上图的思维导图，我们未来将要和大家一一分享以上大部分关键技术点的博客文章。

百万汉字注解.精读内核源码

如果大家觉得看文章不过瘾，想直接撸代码的话，可以去下面四大码仓围观同步注释内核源码：

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写在最后

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