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高度に最適化された移植可能なメモリマネージャ
- 1. 高度に最適化された移植可能 なメモリマネージャ @DADA246
- 2. 自己紹介 • ゲームプログラマやってます • 得意分野 C++,C#,GPU,javascript,PHP • 低レベル係とか描画関係とかCIとかwebと か • Steam、Origin、iPhoneで海外ゲームを遊ん でいます
- 3. はじめに • 元ネタはGame Engine Gems2の A Highly Optimized Portable Memory Managerです • Kindle Editionが$55.92で買えます
- 4. アジェンダ • ゲームでのメモリマネージャについて • Small Block Allocator • Medium Block Allocator • Large Block Allocator
- 5. メモリマネージャ • メモリマネージャは重要 • 悪いメモリマネージャは処理速度の低下 や、フラグメンテーションによるクラッ シュを引き起こす →枯れたコードを参考にする →dlmalloc
- 6. dlmalloc • Doug Lea’s malloc • http://g.oswego.edu/dl/html/malloc.html • 非常に良い実装だが、汎用的である →ゲーム用にカスタマイズする
- 7. dlmalloc • 確保サイズごとにリストが用意されてい る 確保サイズ(byte) チャンク 16 24 32 40 … 2^31
- 8. ゲーム用メモリマネージャ • キャッシュラインを意識する • 空き領域を検索しない • 高速なアロケート • デバッグの容易性 • バッファオーバーフローしても管理領域 が壊れにくい • フラグメンテーションが起きにくい
- 9. 管理領域 ✕ ○ 確保領域A 確保領域A 管理領域A 確保領域B 確保領域B 管理領域A 管理領域B 管理領域B 確保領域Aがバッファオー 確保領域Aがバッファオー バーフローすると、管理領 バーフローしても、管理領 域を破壊してしまう 域は破壊されない →バグの追跡が困難になる
- 10. フラグメンテーション • 大きなメモリアロケーションの中に小さ なメモリアロケーションが混ざると発生 する 使用 空き alloc x2 free 空き 使用 使用 空き 空き
- 12. 複数のアロケータ メモリ確保量(byte) メモリ確保頻度 0 少ない Small Block Allocator 256 Medium Block Allocator 4096 Large Block Allocator 多い
- 14. Small Block Allocator • 4kbyte/ページで構成 • 32byte/block • 1ページごとに 管理領域として１ブロック使用 →127ブロックの空き
- 15. Small Block Allocator • 確保サイズごとにページを用意する 確保サイズ(byte) 16 24 32 40 … 256
- 16. 管理領域 • 32byte=1ブロック • ブロックの空き状態をビット列で管理す る struct Header { uint32_t emptyBlockBit[4];//空きブロックのビットマスク uint32_t emptyBlockCount;//空きブロック数(ベリファイ用) uint32_t blockSize;//ブロックサイズ uint32_t* pPrePage;//前ページへのポインタ uint32_t* pNextPage; //次ページへのポインタ }
- 17. alloc • 空きブロックのあるページを探す • 空きブロックがあるページが見つかったら、 空きブロックのビットマスクをスキャンして 確保アドレスを確定する → x86ならbsf命令が使える • 空きブロックが無かったらOSからページアロ ケーションする
- 18. ページ管理 • 空き領域の有無でページのリンクリストを分 ける →空き領域を検索しない 空き領域無し 空き領域あり 16 16 24 24 32 32 … …
- 19. free • freeするアドレスからページを算出する →管理領域を見つけられる int32_t pageAddress=(address/4096)*4096; • 空きブロックがなくなったらOSにページ を返す
- 20. パフォーマンス • x86のキャッシュラインは64byte → Small Block Allocatorの管理領域は32byteな ので、キャッシュラインをまたがない • 1ページ 4kbyteなので、今時のL1キャッ シュに載る
- 21. Medium Block Allocator • 16kbyte/ページで構成 • 128byte/block • 1ページごとに 管理領域として１ブロック使用
- 22. Medium Block Allocator • 1ページで複数の確保サイズを扱う →メモリの利用効率を上げるため 確保サイズ(byte) 384 512 640 768 … 4096
- 23. allocとfree • Small Block Allocatorとほぼ同じ • allocは可変長のメモリサイズを扱っている ため、Small Block Allocatorよりは処理が重 め • freeは空きブロックがなくなったらOSに ページを返す
- 24. ページ管理 • どれだけ空き領域があるかをリンクリス トで管理する →空き領域のあるページを高速に探す 空き領域(byte) 0 128 256 384 …
- 25. Large Block Allocator • allocごとにページアロケーションする →大きなメモリ確保なので発生頻度が低い • シンプルなリンクリストで実装できる
- 26. 応用 • Small Block Allocatorのアプローチで Mediumサイズのメモリ確保も行えるの では？ • 1ブロックサイズをメモリ確保サイズに よって変えても良いのでは？
- 27. まとめ • dlmallocなどの枯れたコードを参考にす る • ページアロケーションでフラグメンテー ションを抑える • アロケーションサイズによってアルゴリ ズムを分けることで高速化する
- 28. まとめ • メモリマネージャを扱ってみました • 良いメモリマネージャがあれば高レベル ライブラリも使いやすくなります
- 30. Question?
- 31. ご清聴ありがとうございました