C/C++动态内存管理(1)

c和c++的内存管理里面最复杂的恐怕是动态内存管理部分了,也就是c里的malloc和c++里的operator new. 他们的作用我就不罗嗦了.我只讲讲它们是怎么实现的.

虽然没有标准规定, 但是opertor new很有可能是用malloc实现的,至少Ms 的crt是这样. 不过可以肯定,malloc不会用operator new实现. 所以,我就讲讲malloc和free的实现.

malloc和free都是c的库函数,所以先从c的函数开始分析.一直到调用操作系统内核的服务为止.

Windos 2000/XP的malloc

Windows下,就是微软的crt库了,其实ms的crt里的malloc实现很简单,就是对windows的堆(heap)处理API做了封装.因为windows 自己提供了堆管理的功能,所以malloc就不用自己再写一套了.稍微说一下,debug版的crt库里, malloc还是做了些东西的,它把从HeapAlloc中得到的内存用一个双向链表连起来,每个节点除了记录用户需要的内存空间外,还记录了申请内存的语句的文件名和行数,内存大小等信息,这使得debug的时候能够报告内存泄漏.还有其他一些检测措施,可以发现指针越界和访问已经释放的内存这样的错误.

HeapAlloc是Kernel32.dll提供的函数,这个函数其实还是个包装,做了简单的检查后,调用RtlAllocateHeap.

RtlAllocateHeap是 ntdll.dll提供的函数,这个函数才是真正干活的函数.它是NT的堆管理器的一个函数.NT的堆管理器的内存就是从ZwQueryVirtualMemory获取了,这个函数还是ntdll提供的,这个函数的过程更简单,直接就sysenter进内核了, 调用的是ntoskrnl.exe的内存管理模块里的函数了,应该就是NtAllocateVirtualMemory.

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到此,windows 的malloc分析完成.具体细节后面讲算法的时候再说.总结一下, windows下的crt的动态内存管理层次结构如图1所示

图1 windows 的C运行库内存管理层次

Linux的malloc

linux的crt就是glibc了.因为linux没有提供现成的堆管理功能,所以glibc自己实现了动态内存管理功能.也就是说glibc的malloc/free实现了一套和windows 的ntdll里的RtlAllocateHeap/RtlFreeHeap 类似的功能. malloc获取内存是用的linux的系统调用 mmap 和 sbrk. linux的内存管理层次就比windows简单的多.

通过简要了解两个流行的操作系统里malloc的实现架构. 可以看到,windows的c运行库动态内存分配算法在ntdll.dll的堆管理器heap.c里实现, linux 的c运行库动态内存分配算法在glibc的malloc.c里实现.接下来就是分析这两套函数了.