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最近在读Python源码中有关内存管理的部分。Python在分配小块内存（小于256字节）时，采用了内存池，以降低对内核内存分配程序的调用频次。在内存池的设计上，采用了一个分层的设计，由上到下依次是arena、pool、block。这次我看到的这个比较费解的结构，就来自于分配内存时，对于pool的处理。
谜团
在最主要的分配内存的函数_PyObject_Alloc中，我看到了这么一段代码：
从注释和函数命名中也能看出来，这段代码的意思，大概是从arena的freepools中拿出一个pool，插入到usedpools的开头。但是，这里有一个奇怪的地方：
如果说usedpools中存储的不同size的pool链表，那么为什么index要用size+size来表示呢？
初探
首先，我在代码中搜索了一下usedpools，找到了这么一段注释：
This is involved. For an index i, usedpools[i+i] is the header for a list of
all partially used pools holding small blocks with “size class idx” i. So
usedpools[0] corresponds to blocks of size 8, usedpools[2] to blocks of size
16, and so on: index 2*i blocks of size (i+1)<
哦，就是说，我要找到保存8字节block的pool，就去usedpools[0+0];找16字节的pool，就去usedpools[1+1]。再看一下上面代码中的size的由来：
果然可以和注释里写的对应起来（注意，注释里的2*i是usedpools的index，而这里的nbytes是实际需要分配的block的字节大小，所以一个需要左移位，一个需要右移位，互相转换）。
但是目前为止，好像处在一个“知其然，而不知其所以然”的状态：这里没有解释为什么是这样一个奇葩的size+size的index。
深入
往下，又有一段注释（Python源码的注释真详细）：
Major obscurity: While the usedpools vector is declared to have poolp
entries, it doesn’t really. It really contains two pointers per (conceptual)
poolp entry, the nextpool and prevpool members of a pool_header. The
excruciating initialization code below fools C so that
usedpool[i+i]
“acts like” a genuine poolp, but only so long as you only reference its
nextpool and prevpool members. The “- 2 sizeof(block )” gibberish is
compensating for that a pool_header’s nextpool and prevpool members
immediately follow a pool_header’s first two members:
union { block *_padding;
uint count; } ref;
block *freeblock;
each of which consume sizeof(block
) bytes. So what usedpools[i+i] really
if* C believes it’s a poolp
pointer, then p->nextpool and p->prevpool are both p (meaning that the headed circular list is empty).
这一大段注释说了什么呢？大意就是，你以为usedpools里放的是poolp类型？其实里面是两两一对的poolp，一个是nextpool指针，一个是prevpool指针。这里还使用了一些trick，让C语言认为usedpools里放的是pool_header变量，只要使用者能保证只使用它的nextpool、prevpool成员。
直接看usedpools的定义吧：
展开宏定义：
而PTA(x)定义为，usedpools[2x]的地址减去2个block*长度的地址。结合pool_header的定义：
nextpool和pool_header的地址之间，正好差了2个block*的偏移量。所以，在初始化usedpools之后，当把usedpools[size+size]当作pool_header时，那么usedpools[size+size]->nextpool将正好取到usedpools[size+size]的地址，也就是指向usedpools[size+size]；而usedpools[size+size]->prevpool将也正好取到usedpools[size+size]的地址。因此：
这段代码+注释就说得通了。
然后，经过：
这么一折腾，usedpools中存储的一对地址（nextpool, prevpool）就指向了真正的pool_header变量pool。
知其所以然
但是，为什么要这么绕的设计这样的usedpools结构呢，直接存储一个完整的pool_header不简单明了吗？下面这段注释给出了答案：
It’s unclear why the usedpools setup is so convoluted. It could be to
minimize the amount of cache required to hold this heavily-referenced table
(which only needs the two interpool pointer members of a pool_header).
就是说，这样的一个usedpools表，会经常的被使用，使用这种结构，就可以减少放入缓存中的数据量（毕竟，我们只需要放入两个指针，而不是整个pool_header)，从而也就提高了缓存的效率。为了提高效率，还真是无所不用其极啊。
到这里，obmalloc.c中我认为最费解的一个数据结构，就弄清楚啦。
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