linux编程笔记（1）-内存管理介绍

最新推荐文章于 2025-05-26 17:46:04 发布

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本文深入探讨内存管理的不同层次，包括硬件、内核及编程语言层面。通过C和C++示例对比malloc与new的区别，并详细解释了Linux系统下进程内存结构及其各部分（如代码区、全局栈区、堆和局部栈）的作用。

内存管理主要分为以下几个层次：

硬件层次：内存结构管理
内核层次：内存映射/堆扩展
语言层次：c(malloc)/c++(new)

c语言用malloc依次申请4个字节空间的代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    int *p1 = malloc(4);
    int *p2 = malloc(4);
    int *p3 = malloc(4);
    int *p4 = malloc(4);
    printf("p1 = %p\n",p1);
    printf("p2 = %p\n",p2);
    printf("p3 = %p\n",p3);
    printf("p4 = %p\n",p4);

    return 0;
}

打印输出：
p1 = 0x11ca010
p2 = 0x11ca030
p3 = 0x11ca050
p4 = 0x11ca070

 #include<stdio.h>
 #include<stdlib.h>
 #include<iostream>
 int main()
  {
      int *p1 = new int;
      int *p2 = new int;
      int *p3 = new int;
      int *p4 = new int;
      printf("p1 = %p\n",p1);
      printf("p2 = %p\n",p2);
      printf("p3 = %p\n",p3);
      printf("p4 = %p\n",p4);

      return 0;
  }

p1 = 0x1794c20
p2 = 0x1794c40
p3 = 0x1794c60
p4 = 0x1794c80

malloc怎么分配空间？

new 与malloc的关系？

linux对内存的结构描述

在linux系统中，/proc/${pid}/目录下存放进程运行时所有的信息，包括内存结构。进程结束，该目录会清除。运行下面这段代码：

int main()
{
        while(1){
        };
}
查看该该进程的运行目录如下图：

这里写图片描述
其中：

exe:指向执行进程的文件
cwd:指向执行进程所在的目录
fd:为进程打开的所有文件
cpuset:是cpu的信息
maps：保存了程序运行的所有内存结构

任何程序的内存空间被分为4个基本部分：

代码区
全局栈区
堆
局部栈

include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int add(int a,int b)
{
    return a+b;
}

int a1 = 1;
static int a2 = 2;
const int a3 = 3;

int main()
{
    int b1 = 4;
    static int b2 =5;   
    const int b3 = 6;    

    int *p1 = malloc(4);

    printf("a1=%p\n",&a1);
    printf("a2=%p\n",&a2);
    printf("a3=%p\n",&a3);
    printf("b1=%p\n",&b1);
    printf("b2=%p\n",&b2);
    printf("b3=%p\n",&b3);
    printf("p1=%p\n",p1);
    printf("main=%p",main);
    printf("add=%p",add);

    printf("pid=%d",getpid());
    while(1);

    return 0;
}

运行结果为：
a1=0x601050 全局区
a2=0x601054 全局区
a3=0x400774 全局常量在代码区
b1=0x7ffc8f8e4698 局部栈区
b2=0x601058
b3=0x7ffc8f8e469c 局部常量放在局部栈区
p1=0x15ee010
main=0x4005ea
add=0x4005d6
pid=2456

查看该进程的maps文件如下图：
这里写图片描述

函数调用栈空间的分配与释放

#include<stdio.h>

int add(int a,int b)
{
    return a+b;
}
int main()
{
    int (*func)(int) =(int(*)(int)) add;
    int ret = func(20);         //只传入一个参数
    printf("ret = %d\n",ret);   
    int ret2 = func(10,20,30);   //传入三个参数，第三个参数没用，能正常得到结果
    return 0;
}
//代码能编译通过，执行的结果是错误的。

函数执行的时候，函数拥有自己的临时栈。函数的就在临时栈中，如果函数传递实参，则用来临时参数变量。

__stdcall,__cdecl,__fastcall
1.决定函数栈压栈的参数顺序
2.决定函数栈的清空方式
3.决定了的名字转换方式

虚拟内存的分配

栈：编译器自动的生成代码来负责维护
堆：地址是否映射？，映射空间是否被管理？
1.brk/sbrk 内存映射函数
分配释放函数：

int brk(void* end); //分配空间，释放空间
void *sbrk(int size); //返回空间地址

应用：

使用sbrk分配空间
使用sbrk得到没有映射的虚拟地址（sbrk（0））
使用brk分配空间
使用brk释放空间
sbrk(int)：如果是第一次调用，则返回没有映射的虚拟地址空间首地址，同时产生一个数据，指向地址。

int main()
{
    int *p = sbrk(4);   //分配4字节的空间 
    *p =8888;
    printf("%d\n",*p);

    return 0;
}