JVM 垃圾回收器 ZGC内存管理

学习ZGC，主要通过学习ZGC设计与实现书籍，并以博客的形式记录学习内容

ZGC 实现了两级内存管理：虚拟内存和物理内存，并且实现了物理内存和虚拟内存的映射关系。这和操作系统中虚拟地址和物理地址设计思路基本一致。

多视图映射

操作系统支持多个虚拟地址同时映射到一个物理地址上，当我们操作其中一个虚拟地址，所有虚拟地址都能访问到最新的数据。
Linux主要通过系统函数mmap完成视图映射，多个视图映射就是多次调用mmap函数，多次调用的返回结果就是不同的虚拟地址。
ZGC仅支持Linux 64位系统，所以ZGC是通过系统调用mmap来完成地址多视图映射的。

页面设计

ZGC将内存划成小的分区，在ZGC中称为页。ZGC支持3种页面，分别为小页面、中页面和大页面。其中小页面指的是2MB的页面空间，中页面指的32MB的页面空间，大页面指受操作系统控制的大页。

在ZGC中，不同对象的大小会使用不同的页面类型。上表中，MinObjectAlignmentInBytes 的默认值是8，它是由参数ObjectAlignmentInBytes控制，大小在8~256之间，且为2的幂次。通常来说，粒度越大，处理器访问内存的速度越快，但可能导致过多的浪费。在实际中可以根据应用系统对象的平均大小来合理地设置该值。
小页面优先回收；中页面和大页面尽量不回收。

对NUMA的支持

统一内存访问（UMA）,指的是任何CPU访问任何内存的速度是一致的，不必考虑不同内存地址之间的差异。各个处理器与内存单元通过互联总线进行连接，各个CPU之间没有主从关系。

非统一内存访问（NUMA）,在多CPU下，为了提升性能，将CPU和内存集成在一个单元上，CPU访问本地存储器的速度比访问非本地存储器快一些。

ZGC是支持NUMA的，在进行小页面分配时会优先从本地内存分配，当不能分配时才会从远端的内存分配。对于中页面和大页面的分配，ZGC并没有要求从本地内存分配，而是直接交给操作系统，由操作系统找到一块能满足ZGC页面空间。

小页面支持NUMA，中页面和大页面不支持NUMA。

ZGC中的物理内存管理

ZGC中内存空间的分配是以页面为粒度（最小粒度是2MB）。ZGC为了减少对操作系统物理内存频繁操作，设计了自己的物理内存管理系统，ZGC中物理内存实际上仅仅记录了操作系统物理内存的使用情况。
ZGC中物理内存管理的基本单位是段，它包含start和end。在内存分配阶段每一段是2MB，也就是说ZGC在向操作系统请求物理内存的最小粒度是2MB，超过2MB的内存空间会被划分成多个段。
假如应用程序申请一个超大的对象需要10MB空间，则将其转化成5个段，每个段为2MB。在ZGC和操作系统交互时，将分成5次向操作系统申请内存，所以可以把一个大对象分配在操作系统层面不连续的物理空间中。但是在ZGC的物理内存管理中，分配成功后会把这些段进行合并，因为这5个段是连续的地址。
段是ZGC向操作系统请求内存的基本单位，而页面是对象内存管理的的单位。

ZGC中的虚拟内存管理

对于小页面ZGC会从虚拟内存的头部开始分配，对于中页面和大页面ZGC从虚拟空间的尾部开始分配。这样设计的目的是方便对象的管理，小页面分配和释放的成本都不高，但是分配和释放中页面和大页面成本很高。

对象空间分配

页面分配

在对象空间分配时，如果页面还有空间，则能快速的分配对象，如果页面空间不足，则需要申请新的页面，页面分配主要通过页面管理器实现。

标签：操作系统,物理,内存,JVM,ZGC,分配,页面
来源： https://blog.csdn.net/superice_/article/details/120642259