Linux下malloc/free内存碎片问题

通过对malloc，free源码的分析，发现在堆上分配内存，很容易造成内存碎片。内存碎片在这里可以从两个方面进行分析，物理地址的内存碎片和线性地址（虚拟地址）的内存碎片。

首先是物理地址的内存碎片，malloc_free_list大小依次为8，16，32....。那么我们请求的大小加上4字节的额外开销，如果和malloc_free_list插槽的大小一致，就不会产生碎片，反之，就会。如请求大小为5，那么加上额外开销大小就为9，第一个插槽无法满足，只有第二个插槽满足，但是第二个插槽分配单位是16，那么就是只有9个字节的大小，也要占用一个16字节的单元，相应的产生了7个字节的内存碎片。对于小数据单元来说，因为每次请求内存，最小是一页，比如对于第一个插槽，就会产生4096/8个单元，但程序不一定会申请这么多小的内存块，相应的这也不能高效的利用物理内存。这里还有个问题，如果内存不断的申请，如连续分配了多个物理页面供一个插槽使用，那么当释放时，程序会把物理内存归还给系统吗？至少在free中，是没有做的，也做不到，它只是简单的把内存单元添加到malloc_free_list插槽中。关于物理页面释放的问题，只有通过内核代码，才能确定物理内存释放的机制，而每个程序虚拟内存是通过vm_area_struct来管理的。

其次是线性地址的内存碎片，对于32位系统来说，用户虚拟地址只有3G，除了程序代码段，数据段，栈...，留给堆的有效线性地址也是有限的。如果频繁的分配小的内存块，他就会占用小的页面，这样当程序释放内存时，就会产生许多小的不连续的线性地址，当程序需要连续大的线性地址时，就会产生麻烦。具体是怎么实现的，等查了内核代码就明白了。

通过以上分析，对于在堆上申请内存，是会产生一定代价的，特别是滥用，后果也是比较严重的。内存碎片是需要关注的问题。