c/c++中malloc的底层实现原理

首先看一张堆的图。

在已经映射的内存空间结尾有一个break指针，这个指针下面是映射好的内存，可以访问，上面则是未映射的访问，不能访问。可以通过系统调用sbrk(位移量)能一定brk指针的位置，同时返回brk指针的位置，达到申请内存的目。brk(void *addr)系统调用可以直接将brk设置为某个地址，成功返回0，不成功返回-1。而rlimit则是限制进程堆内存容量的指针。 
在操作系统角度来看，分配内存有两种方式，一种是采用推进brk指针来增加堆的有效区域来申请内存空间，还有一种是采用mmap是在进程的虚拟地址空间中（堆和栈中间，称为文件映射区域的地方）找一块空闲的虚拟内存。这两种方式都是分配虚拟内存，只有当第一次访问虚拟地址空间时，操作系统给分配物理内存空间。 
malloc是采用brk的方式来动态分配内存。 

 

malloc的实现原理：

malloc 函数的实质是它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表。 调用 malloc（）函数时，它沿着连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。（如果没有搜索到，那么就会用sbrk()才推进brk指针来申请内存空间）。  然后，将该内存块一分为二（一块的大小与用户申请的大小相等，另一块的大小就是剩下来的字节）。 接下来，将分配给用户的那块内存存储区域传给用户，并将剩下的那块（如果有的话）返回到连接表上。 调用 free 函数时，它将用户释放的内存块连接到空闲链表上。 到最后，空闲链会被切成很多的小内存片段，如果这时用户申请一个大的内存片段， 那么空闲链表上可能没有可以满足用户要求的片段了。于是，malloc（）函数请求延时，并开始在空闲链表上检查各内存片段，对它们进行内存整理，将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。
搜索空闲块最常见的算法有：首次