​进程malloc分配内存​:brk and mmap

        转自Ruo_Xiao:侵权联删!

        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)。

  1. brk 的实现方式是将 Data Segment 的最高地址指针 _edata 往高地址推(分配的内存小于 128k )。

  2. mmap 的实现方式是在 Memory Mapping Segment 找一块空闲的虚拟内存(分配的内存大于 128k )。

(Data segment 和 Memory Mapping Segment 的相关内容查看这里。)

        这两种方式分配的都是虚拟内存,没有分配物理内存。在第一次访问已分配的虚拟地址空间的时候,发生缺页中断,操作系统负责分配物理内存,然后建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系。

        在标准 C 库中,提供了 malloc / free 函数分配释放内存,这两个函数底层是由 brk,mmap,munmap 这些系统调用实现的。

栗子

        1、进程调用 A = malloc ( 30k ) 以后,内存空间如下图所示。malloc 函数会调用 brk 系统调用,将 _edata 指针往高地址推 30K,就完成虚拟内存分配。

        你可能会问:只要把_edata + 30K 就完成内存分配了?

        事实是这样的,_edata + 30K 只是完成虚拟地址的分配,A 这块内存现在还是没有物理页与之对应的,等到进程第一次读写 A 这块内存的时候,发生缺页中断,这个时候,内核才分配 A 这块内存对应的物理页。也就是说,如果用 malloc 分配了 A 这块内容,然后从来不访问它,那么,A 对应的物理页是不会被分配的。 

        2、进程调用 B = malloc(40K) 以后,内存空间如下图所示。

        3、当 malloc 分配大于 128k 的内存时,使用 mmap 分配内存。在堆和栈之间找一块空闲内存分配(对应独立内存,而且初始化为 0 )。

        这么做的原因是 brk 分配的内存需要等到高地址内存释放以后才能释放(例如,在 B 释放之前,A 是不可能释放的,这就是内存碎片产生的原因,什么时候收缩看下面),而 mmap 分配的内存可以单独释放。,如下图所示,这里分配 200k 。

        4、进程调用 D = malloc(100k) 以后,内存空间如下图所示。

        5、进程调用 free(C) 以后,C 对应的虚拟内存和物理内存一起释放。

        6、进程调用 free(B) 以后,如下图所示,B 对应的虚拟内存和物理内存都没有释放,因为只有一个 _edata 指针,如果往回推,那么 D 这块内存怎么办呢?当然,B 这块内存是可以重用的,如果这个时候再来一个 40K 的请求,那么 malloc 很可能就将 B 这块内存返回的。 

        7、进程调用 free(D) 以后,如下图所示,B 和 D 连接起来变成一块 140K 的空闲内存。当最高地址空间的空闲内存超过128K(可由 M_TRIM_THRESHOLD 选项调节)时,执行内存紧缩操作(trim)。在上一个步骤 free 的时候,发现最高地址空闲内存超过 128 K,于是内存紧缩,如下图所示。

(SAW:Game Over!)

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