【基础】关于Linux平台malloc的写时拷贝(延迟分配)

Linux内核定义了“零页面”（内容全为0的一个物理页，且物理地址固定），应用层的内存分配请求，如栈扩展、堆分配、静态分配等，分配线性地址后，就将页表项条目指向“零页面”（指定初始值的情况除外），这样“零页面”就被所有进程共享，当向页面执行写入操作时，内核就会新分配一个物理页，实行“写时拷贝”操作，这样就实现了物理页面的延迟分配（如果只有读没有写，则无需另分配物理页）。

动态内存通过glibc库的malloc函数分配，当现有地址空间不够时（即malloc维护的空闲链表中没有足够空间），就调用brk/sbrk扩展进程空间的相关线性区段，然后将对应页表项条目指向“零页面”，写操作时再分配新页面。这样，只要进程空间足够大，malloc操作总是成功的——即使申请的内存大于系统物理内存——失败会发生在为“写时拷贝”分配新页面的时候，当系统可分配内存不足时，且有进程要求分配新页面，内核会Kill该进程，并打印类似“Out of Memory: Killed process xx (xxx).”的信息。这就是Linux的“OOM Killer”特性。

       因此不能通过检测malloc的指针是否为NULL，来判定系统能否支持申请的内存大小（即空闲内存大于申请内存）。

 

 

malloc操作示意图

malloc分配的这种机制，给应用层判断动态内存是否可分配增加了难度。因为内存不足的错误被延迟到写入操作的时候，而在这里内核没有提供相关接口给应用层（只是发送SEGV信号给临死的进程）。