频繁分配释放内存导致的性能问题的分析--brk和mmap的实现

 现象

1 压力测试过程中，发现被测对象性能不够理想，具体表现为： 
进程的系统态CPU消耗20，用户态CPU消耗10，系统idle大约70 
2 用ps -o majflt,minflt -C program命令查看，发现majflt每秒增量为0，而minflt每秒增量大于10000。

初步分析
majflt代表major fault，中文名叫大错误，minflt代表minor fault，中文名叫小错误。
这两个数值表示一个进程自启动以来所发生的缺页中断的次数。
当一个进程发生缺页中断的时候，进程会陷入内核态，执行以下操作： 
检查要访问的虚拟地址是否合法 
查找/分配一个物理页 
填充物理页内容（读取磁盘，或者直接置0，或者啥也不干） 
建立映射关系（虚拟地址到物理地址） 
重新执行发生缺页中断的那条指令 
如果第3步，需要读取磁盘，那么这次缺页中断就是majflt，否则就是minflt。 
此进程minflt如此之高，一秒10000多次，不得不怀疑它跟进程内核态cpu消耗大有很大关系。

分析代码
查看代码，发现是这么写的：一个请求来，用malloc分配2M内存，请求结束后free这块内存。看日志，发现分配内存语句耗时10us，平均一条请求处理耗时1000us 。 原因已找到！ 
虽然分配内存语句的耗时在一条处理请求中耗时比重不大，但是这条语句严重影响了性能。要解释清楚原因，需要先了解一下内存分配的原理。 

内存分配的原理
从操作系统角度来看，进程分配内存有两种方式，分别由两个系统调用完成：brk和mmap（不考虑共享内存）。brk是将数据段(.data)的最高地址指针_edata往高地址推，mmap是在进程的虚拟地址空间中（一般是堆和栈中间）找一块空闲的。