深入理解 GC 原理、调度与调优
1. 内存管理
操作系统将虚拟内存分隔为虚拟页（大小为 4KB)，当进程向操作系统申请内存时，操作系统通常以页为单位分配内存。即使进程申请 3KB 内存，操作系统也会分配一个 4KB 虚拟页给进程。而程序开发时申请的内存往往都比较小，甚至只有几个字节，总不能也分配一个 4KB 虚拟页吧。
1.1 如何设计动态内存分配器
Go 语言自己实现的内存分配器一次向操作系统申请一块大内存（如64MB)。当 Go 程序申请内存时，只需要向 Go 语言内存分配器申请即可。那么该如何设计内存分配器呢？
因为内存分配与释放的时机、大小等完全是随机的，所以随着内存的分配与释放，最初的整块大内存将会被 “分割” 为若干个小块内存。有些小块内存处于已分配状态，有些小块内存处于空闲状态。也就是说，需要额外的内存空间来维护这些信息（内存块的大小以及状态）。如何维护这些信息呢？
第一种思路是，当程序申请内存时，多分配几个字节用于维护内存块状态以及内存块大小。
第二种思路是，单独维护一份二进制数据，使用 1 比特存储每一个 8 字节内存的分配状态，其中 1 表示内存已分配，0 表示内存空闲。内存分配情况示意图如下所示：
1.2 Go 语言内存分配器
Go 语言内存分配的基本单元是 mspan,每一个 mspan 维护着若干个页内存，当 Go 程序申请内存时，底层实际上是从 mspan 中查找分配的。结构体 mspan 的定义如下所示：
type mspan struct {//页数， Go 语言定义页大小为 8KBnpage uintprt//用于记录内存分配状态的位allocBits *gcBits//表示该 mspan 负责分配的内存大小elemsize uintprt
}结构体 mspan 的字段含义如下：
1）npages : 表示该 mspan 管理了多少页内存，Go 语言定义的页大小为 8 KB。
2）allocBits: 该字段用于维护当前 mspan 所有内存的分配状态，Go 语言使用一个比特记录每一个8 字节内存的分配状态，0 表示空闲状态，1 表示已分配状态。
3）elemsize: 为 提升空闲内存的查找效率，Go 语言将 mspan 分为了多种类型，第一种类型的 mspan 仅用于分配固定大小的内存块，该字段表示当前 mspan 负责分配的内存块大小。
Go 语言总共定义了 67 种类型的 mspan,如下所示：
1.3 Go 语言内存管理
Go 语言内存管理还是比较复杂的，以申请内存为例，整个流程涉及多个对象，并且这些对象相互依赖，
1.4 内存逃逸
一般函数内声明的局部变量应该存储在栈内存中，并且随着函数的调用和返回，该局部变量也会同步分配和释放。然而，Go 语言稍有不同，因为 Go 语言存在内存逃逸情况，在某些情况下，局部变量也有可能存储在堆内存中。
为什么会有内存逃逸呢？举个例子，某个函数内部声明了一个局部变量，但是该函数返回了局部变量的地址。这种语法在其他语言，比如 C 语言，是不允许的，因为函数返回后，该局部变量的地址也会被释放。但是 Go 语言允许这种语法，只是这时候 Go 语言会将该局部变量存储在堆内存中，即该局部变量逃逸到了堆内存，如下所示：
package main
import "fmt"
func main(){ret := test()fmt.Println(ret)
}func test() *int{var num = 10return &num
}那还有哪些情况会引起内存逃逸呢？如果将一个局部变量的地址赋值给全局散列表或者切片，该局部变量也会逃逸到堆内存。再者，如果一个局部变量需要占用大量内存，这时候存储在栈内存是不是也就不太合适了，毕竟 Go 语言协程栈默认只有 2KB。
那平时开发 Go 程序时，需要关注内存逃逸情况吗？一般来说是不需要的，只是需要清楚一点：逃逸到堆内存上的变量如果不再使用，将会被垃圾回收功能自动回收。