堆内存的函数

malloc:

    向系统申请一块内存

free：

    释放一块内存

realloc：

    重新分配堆内存，用于堆空间不足需要重新分配大小且需要保留原数据的情况 

chunk

示意图：

• chunk指针指向一个chunk的开始处，而mem指针才是真正分配给用户的储存空间。

• chunk的第二个域的最低一位P表示前一个chunk是否是在使用当中（0代表前一个空闲，1代表在使用当中）。
  当P为0时，此时prev_size才有效，第一个域表示的是前一个chunk的size，可以通过这个值取到前一个chunk的开始地址；当P为1时，表示前一个chunk在使用当中，prev_size无效。
  ptmalloc分配的第一个chunk总是将P设为1，以防止程序引用到不存在的区域。

• chunk第二个域倒数第二位M（0表示是从mmap映射区域分配的，1表示heap区域分配）

• chunk第二个域倒数第三位A（1表示主分配区，0非主分配区）

• 当chunk空闲时，user_data区域储存了4个指针。
  指针fd指向后一个空闲的chunk；
  指针bk指向前一个空闲的chunk；
  fd_nextsize以及bk_nextsize两个指针用于加快在large bin中查找最近匹配的空闲chunk

• chunk利用标志来管理使用和空闲的内存，减少了内存归还所带来的系统消耗，并且在一个未使用的chunk中，它的prev_size部分是可以被紧挨的上一个使用的chunk空间复用的。

bins

ptmalloc将相似大小的chunk用双向链表链接起来，这样的一个链表就被叫做bin，ptmalloc一共维护了128个bin，并用一个数组来储存这些bin

• 数组第一个是unsorted bin，ptmalloc在合并空闲的chunk时会放入，如果用户释放的chunk大于max_fast或者fast bins中空闲的chunk合并之后都会放入unsorted bin中。ptmalloc在fast bins中没有找到合适的chunk就会进入unsorted bins中查找，如果还是没有找到，就会把unsorted bin汇总的chunk加入到bins当中。当用户使用malloc分配内存时，如果需要分配的大小比freed chunk的大小更小，就会将freed chunk切割成两部分，返回符合申请大小的一部分，另一部分存入unsorted bin。这样看来，unsorted bin类似于bins中的一个缓冲区。

• 数组的2到64个bin被称为small bins，同一个small bin中的chunk大小相同，两个相邻的small bin相差8字节；

• 后面64个bin称为large bins，这里面的每一个bin都是一个范围内的chunk并且是按大小序排列好的；

• 与small bin和fast bin不同的是，每一个large bin中的freed chunk的大小不一定相等，其只是表示一个范围，在前32个large bin中，以64字节为步长，即第一个large bin中的chunk大小为512~575字节，第二个large bin中的free chunk大小为576~639字节。紧随其后的16个large bin依次以512字节步长为间隔；之后的8个bin以步长4096为间隔；再之后的4个bin以32768字节为间隔；之后的2个bin以262144字节为间隔；剩下的chunk就放在最后一个large bin中。

• fast bins

  引入它是因为在分配时可能会经常申请和释放一些很小的空间，分配器合并之后又需要分割，这样太过低效，故而在不大于max_fast（默认值是64B）的chunk释放后会先被放到fast_bins中，不去改变他们的P标志位，所以他们无法合并，在小于等于max_fast时首先在fast_bins中查找相应的空闲块。

• Top chunk
  这是一开始所划分出来的一个大空闲内存，可以看做是heap的一个边界，如果bins之后还没有满足的chunk，那么通过Top chunk来划分一个新的chunk给用户

• mmaped chunk
  当top chunk都不能满足时，通过mmap将页映射到进程空间中，这样的chunk被free时候直接解除映射归还给系统。

• last remainder
  当所请求的chunk是一个小空间的，但是在small bins中又没有合适的chunk，那么从last remainder chunk中分裂出两个chunk，一个给用户，一个变成新的last remainder chunk。