malloc 底層實現及Linux記憶體分配原理

1） malloc 函式實在虛擬位址空間中劃分一片區域，而沒有與物理頁對應。

1）當開闢的空間小於 128k 時，malloc 的底層實現是呼叫brk()系統呼叫函式來在虛擬位址空間分配記憶體，其主要移動指標_enddata（此時的 _enddata指的是 linux 位址空間中堆段的末尾位址，不是資料段的末尾位址，因為堆位址是向高位址增長的。)

2）當開闢的空間大於 128k 時，malloc 的底層實現是mmap()系統呼叫函式在虛擬位址空間中分配空間。這時候不再是單純的堆高_endata指標而是在堆和棧中間，稱為「檔案對映區域」的地方，找一塊空間來開闢。

上述只是完成了虛擬記憶體位址的分配（即，建立其虛擬記憶體和物理記憶體之間的對映關係），還沒有實際的分配記憶體（相當於只是宣告來占用虛擬記憶體位址，而沒有進行定義占用實際的物理頁，所以malloc申請的記憶體才沒有初始化）。

而當程序第一次對分配的記憶體進行訪問的時候，通過查詢頁表，發虛擬記憶體對應的頁沒有在物理記憶體中快取，則傳送缺頁中斷，這時候 os 核心才負責分配並以頁位單位（4096)載入到物理記憶體（一般只載入缺頁，或更多頁）。。

當乙個程序發生缺頁中斷的時候，程序會陷入(trap)核心態，執行以下操作：

1）檢查要訪問的虛擬位址是否合法

2）根據虛擬記憶體中的對映頁表，在 swap 空間中尋找該頁。

3）如果沒有，則呼叫 nopage 函式，從磁碟中載入該頁到記憶體中（major fault：大錯誤）。如果有則直接使用（minor fault：小錯誤）。並填充（初始化）物理頁內容（讀取磁碟，或者直接置0，或者什麼都不做）

4）建立對映關係（虛擬位址到實體地址的對映關係）

5）重複執行發生缺頁中斷的那條指令

malloc 在申請空間時，所分配的儲存空間比所要求的要稍大一些，額外的空間用來記錄管理資訊——分配塊的長度，指向下乙個分配塊的指標等等。這就意味著如果寫過乙個已分配區的尾端，則會改寫後一塊的管理資訊（這是很危險的）。

另一方面，正是由於有記錄資訊，所以free()一塊記憶體時，是需要傳入頭節點指標，而不需要傳入具體大小就可以實現記憶體釋放了。

注意：使用brk()直接在堆中分配的記憶體，只有到高位址的記憶體釋放時，低位址的記憶體才能被釋放（因為只有乙個_edata指標）

乙個程序所能用的最大記憶體（堆區）為1g；棧區1~2m。

在 32 位 linux os 中，可以操縱 242 = 4g 大小的位址空間。而linux中，保留了高位的 1g 空間作為核心空間。

剩餘的 3g 定址空間是需要其他所有執行的程序進行分配的。

經過實驗，其最大分配的堆區是1g。

測試**：

int
main()
cout << mb /
1024
<<
" g"
<< endl;
return0;
}// 輸出：
1 g

參考

malloc 底層實現及原理

linux記憶體分配原理