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TLSF算法概念，原理，内存碎片问题分析

news 2025/8/23 9:12:34

TLSF算法介绍

TLSF（Two-Level Segregated Fit，两级分割适应算法）。

第一级（first level,简称fl）：将内存大小按2的幂次方划分一个粗粒度的范围，如一个72字节的空闲内存的fl是6（72介于2⁶与2⁷之间）。
第二级（second level，简称sl）：在第一级的基础上做线性化的细粒度划分，分为多少等份由可配置的SLI参数确定，在32bit的系统中，最优的SLI为4或者5。
若为4，则等分为2⁴=16份，每一份分割叫做Segregated list（分割链表）。

在这里插入图片描述
如图中的[104,…,111]，链表上挂着的是大小范围为104…111的free blocks，数字104,…,111代表的是内存的大小，而非内存地址，TLSF算法将内存分成不同大小的块。

这个分割链表管理了两个内存块，一个大小为109字节，一个大小为104字节。
TLSF算法根据需要的内存大小，根据前面的两级分割算法计算出fl和sl，采用good fit策略，分割链表中的free block都必须大于需要的内存大小。

如需要一个72字节的内存，假设SLI=2（简单起见，做4等分），则fl=6，sl=0，加入选择sl=0这个分割链表，由于67小于72，不满足分割列表中所有free block大于需要的内存条件，所以取sl=1，如果sl==1这个分割链表不为空，则返回这个链表中第一个free block给到应用程序。

TLSF代码分析

TLSF在tlsf_malloc中先调用block_locate_free获取free block，再调用block_prepare_used获取free block的内存地址返回给应用程序。

void* tlsf_malloc(tlsf_t tlsf, size_t size)
{control_t* control = tlsf_cast(control_t*, tlsf);const size_t adjust = adjust_request_size(size, ALIGN_SIZE);block_header_t* block = block_locate_free(control, adjust); //获取空闲内存块头return block_prepare_used(control, block, adjust);//获取free block的内存地址
}

在这个过程中，与good fit相关的是两个函数mapping_search和serach_suitable_block()。

/* This version rounds up to the next block size (for allocations) */
static void mapping_search(size_t size, int* fli, int* sli)
{if (size >= SMALL_BLOCK_SIZE){const size_t round = (1 << (tlsf_fls_sizet(size) - SL_INDEX_COUNT_LOG2)) - 1;size += round;}mapping_insert(size, fli, sli);
}static void mapping_insert(size_t size, int* fli, int* sli)
{int fl, sl;if (size < SMALL_BLOCK_SIZE){/* Store small blocks in first list. */fl = 0;sl = tlsf_cast(int, size) / (SMALL_BLOCK_SIZE / SL_INDEX_COUNT);}else{fl = tlsf_fls_sizet(size);sl = tlsf_cast(int, size >> (fl - SL_INDEX_COUNT_LOG2)) ^ (1 << SL_INDEX_COUNT_LOG2);fl -= (FL_INDEX_SHIFT - 1);}*fli = fl;*sli = sl;
}

mapping_search先对size做一个四舍五入，再根据size计算fl和sl，作为下一步的search_suitable_block的起点。

static block_header_t* search_suitable_block(control_t* control, int* fli, int* sli)
{int fl = *fli;int sl = *sli;/*** First, search for a block in the list associated with the given** fl/sl index.*/unsigned int sl_map = control->sl_bitmap[fl] & (~0U << sl);if (!sl_map){//没有free_block存在，搜索下一个first levelconst unsigned int fl_map = control->fl_bitmap & (~0U << (fl + 1));if (!fl_map){//没有可用的free block，内存已经用完return 0;}fl = tlsf_ffs(fl_map);*fli = fl;sl_map = control->sl_bitmap[fl];}tlsf_assert(sl_map && "internal error - second level bitmap is null");sl = tlsf_ffs(sl_map);*sli = sl;//返回分割链表的第一个free blockreturn control->blocks[fl][sl];
}