Linux内存分配小结--malloc、brk、mmap

admin · · 424 次点击 · · 开始浏览    
这是一个创建于 的文章,其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。
原文地址: https://blog.csdn.net/gfgdsg/article/details/42709943 <article class="baidu_pl"> <div id="article_content" class="article_content clearfix" data-report-view='{"mod":"popu_307","dest":"https://blog.csdn.net/gfgdsg/article/details/42709943"}' data-report-click='{"mod":"popu_307","dest":"https://blog.csdn.net/gfgdsg/article/details/42709943"}'> <link rel="stylesheet" href="https://csdnimg.cn/release/phoenix/template/css/ck_htmledit_views-3019150162.css" /> <link rel="stylesheet" href="https://csdnimg.cn/release/phoenix/template/css/ck_htmledit_views-3019150162.css" /> <div class="htmledit_views" id="content_views"> <p><span style="font-size:14px;font-weight:bold;font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;line-height:28px;">http://blog.163.com/xychenbaihu@yeah/blog/static/132229655201210975312473/</span></p> <p><span style="line-height:28px;font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong><span style="font-size:14px;">http://blog.sina.com.cn/s/blog_7c60861501015vkk.html</span></strong></span></p> <p><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong><span style="color:#0000ff;">Linux 的虚拟内存管理有几个关键概念:</span> </strong></span></p> <span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong>1、每个进程都有独立的虚拟地址空间,进程访问的虚拟地址并不是真正的物理地址; <br /> 2、虚拟地址可通过每个进程上的页表(在每个进程的内核虚拟地址空间)与物理地址进行映射,获得真正物理地址; <br /> 3、如果虚拟地址对应物理地址不在物理内存中,则产生缺页中断,真正分配物理地址,同时更新进程的页表;如果此时物理内存已耗尽,则根据内存替换算法淘汰部分页面至物理磁盘中。 <br /></strong></span><span style="color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;line-height:28px;">   </span><br style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;" /><span style="font-size:18px;line-height:31px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;"><span style="color:#ff0000;"><strong>基于以上认识,进行了如下分析:</strong><br /></span></span><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong><span style="color:#0000ff;">一、Linux 虚拟地址空间如何分布?</span></strong><br /> Linux 使用虚拟地址空间,大大增加了进程的寻址空间,<strong><span style="color:#0000ff;">由低地址到高地址分别为</span></strong>: <br /><strong><span style="color:#0000ff;">1、只读段:</span></strong>该部分空间<span style="color:#ff0000;">只能读,不可写</span>;(包括:<span style="color:#ff0000;">代码段、rodata 段(C常量字符串和#define定义的常量)</span> )<br /><strong><span style="color:#0000ff;">2、数据段:</span></strong>保存<span style="color:#ff0000;">全局变量、静态变量</span>的空间; <br /><strong><span style="color:#0000ff;">3、堆 :</span></strong>就是平时所说的动态内存, malloc/new 大部分都来源于此。其中堆顶的位置可通过函数 brk 和 sbrk 进行动态调整。 <br /><span style="color:#0000ff;"><strong>4、文件映射区域 :</strong></span>如<span style="color:#ff0000;">动态库、共享内存</span>等映射物理空间的内存,一般是<span style="color:#ff0000;"> mmap 函数所分配的虚拟地址空间</span>。 <br /><strong><span style="color:#0000ff;">5、栈:</span></strong>用于维护函数调用的上下文空间,一般为 8M ,可通过 ulimit –s 查看。 <br /><strong><span style="color:#0000ff;">6、内核虚拟空间:</span></strong>用户代码不可见的内存区域,由内核管理(页表就存放在内核虚拟空间)。<br /></span> <p><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong>下图是 32 位系统典型的虚拟地址空间分布(来自《深入理解计算机系统》)。</strong></span></p> <p><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong><img src="https://img-blog.csdn.net/20150114145446070?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvZ2ZnZHNn/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="" /><br /></strong></span></p> <p><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><span style="font-weight:bold;"></span></span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <strong><span style="color:#0000ff;">32 位系统有4G 的地址空间::</span></strong></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <strong><span style="color:#0000ff;">      </span></strong>其中 0x08048000~0xbfffffff 是用户空间,<span style="color:#ff0000;">0xc0000000~0xffffffff 是内核空间,包括内核代码和数据、与进程相关的数据结构(如页表、内核栈)等。</span>另外,<span style="color:#ff0000;"><strong>%esp 执行栈顶,往低地址方向变化;brk/sbrk 函数控制堆顶_edata往高地址方向变化</strong></span>。</p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <br /><strong><span style="color:#0000ff;">64位系统结果怎样呢? 64 位系统是否拥有 2^64 的地址空间吗?</span></strong> <br /> 事实上, 64 位系统的虚拟地址空间划分发生了改变: <br /><strong><span style="color:#0000ff;">1、地址空间大小不是2^32,也不是2^64,而一般是2^48。</span></strong>因为并不需要 2^64 这么大的寻址空间,过大空间只会导致资源的浪费。64位Linux一般使用48位来表示虚拟地址空间,40位表示物理地址,<br /> 这可通过 /proc/cpuinfo 来查看 <br /> address sizes   : 40 bits physical, 48 bits virtual <br /> 2、其中,0x0000000000000000~0x00007fffffffffff 表示用户空间, 0xFFFF800000000000~ 0xFFFFFFFFFFFFFFFF 表示内核空间,共提供 256TB(2^48) 的寻址空间。<br /> 这两个区间的特点是,第 47 位与 48~63 位相同,若这些位为 0 表示用户空间,否则表示内核空间。 <br /> 3、用户空间由低地址到高地址仍然是<span style="color:#ff0000;"><strong>只读段、数据段、堆、文件映射区域和栈</strong></span>;</p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;">  </p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong><span style="color:#0000ff;">二、malloc和free是如何分配和释放内存?</span></strong></span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:18px;line-height:31px;"><span style="color:#0000ff;"><strong>如何查看进程发生缺页中断的次数</strong>?</span></span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">         用ps -o majflt,minflt -C program命令查看。</span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">          <strong>majflt代表major fault,中文名叫<span style="color:#0000ff;">大错误</span>,minflt代表minor fault,中文名叫<span style="color:#0000ff;">小错误</span></strong>。</span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong>          这两个数值表示一个进程自启动以来所发生的<span style="color:#0000ff;">缺页中断的次数</span>。</strong></span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <strong><span style="font-size:18px;color:#0000ff;line-height:31px;">发成缺页中断后,执行了那些操作?</span></strong></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><span style="font-size:14px;"><span style="color:#000000;"><span style="font-size:18px;line-height:31px;"><strong>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</strong>: </span><br /></span></span><strong>1、<span style="color:#ff0000;">检查要访问的虚拟地址是否合法 <br /></span>2、<span style="color:#ff0000;">查找/分配一个物理页 <br /></span>3、<span style="color:#ff0000;">填充物理页内容(读取磁盘,或者直接置0,或者啥也不干)</span> <br /> 4、</strong><span style="color:#ff0000;"><strong>建立映射关系(虚拟地址到物理地址) <br /></strong></span>重新执行发生缺页中断的那条指令 <br /><strong><span style="color:#ff00ff;">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。 </span></strong><br /></span><strong><span style="font-size:24px;color:#ff0000;line-height:42px;"></span></strong></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <strong><span style="font-size:24px;color:#ff0000;line-height:42px;">内存分配的原理</span></strong></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> 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:<strong><span style="color:#0000ff;">brk和mmap(不考虑共享内存)。</span></strong></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <strong><span style="font-size:14px;">1、brk是将数据段(.data)的最高地址指针_edata往高地址推;</span></strong></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong>2、mmap是在进程的虚拟地址空间中(堆和栈中间,称为<span style="color:#0000ff;">文件映射区域的地方</span>)找一块空闲的虚拟内存</strong>。</span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong>     这两种方式分配的都是<span style="color:#ff0000;">虚拟内存</span>,没有分配物理内存</strong>。<strong>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。</strong></span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <strong><br /></strong>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。</p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <br /><strong><span style="font-size:18px;color:#0000ff;line-height:31px;">下面以一个例子来说明内存分配的原理:</span></strong></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-weight:bold;"><span style="color:#ff0000;"><span style="font-size:14px;"><span style="font-size:18px;color:#0000ff;line-height:31px;">情况一、</span>malloc小于128k的内存,使用brk分配内存,将_edata往高地址推(只分配虚拟空间,不对应物理内存(因此没有初始化),第一次读/写数据时,引起内核缺页中断,内核才分配对应的物理内存,然后虚拟地址空间建立映射关系),如下图:</span></span></span></p> <img src="https://img-blog.csdn.net/20150114145619968?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvZ2ZnZHNn/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="" /><br /><p><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong><br /></strong></span></p> <p><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong></strong></span></p> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong><span style="color:#0000ff;">1、</span></strong>进程启动的时候,其(虚拟)内存空间的初始布局如图1所示。</span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">      其中,<strong>mmap内存映射文件是在堆和栈的中间</strong>(例如libc-2.2.93.so,其它数据文件等),为了简单起见,</span><span style="font-size:14px;">省略了内存映射文件。</span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">      <strong><span style="color:#0000ff;">_edata指针(glibc里面定义)指向数据段的最高地址。</span> <br /><span style="color:#0000ff;">2、</span></strong>进程调用A=malloc(30K)以后,内存空间如图2:</span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">      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。</span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong>      你可能会问:</strong></span><span style="font-size:14px;"><span style="color:#ff0000;">只要把_edata+30K就完成内存分配了?</span></span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><span style="color:#ff0000;"></span>      事实是这样的,_edata+30K只是完成虚拟地址的分配,</span><span style="font-size:14px;">A这块内存现在还是没有物理页与之对应的,</span><span style="font-size:14px;">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。</span><span style="font-size:14px;"><strong><span style="color:#0000ff;">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。 <br /></span><span style="color:#0000ff;">3、</span></strong>进程调用B=malloc(40K)以后,内存空间如图3。</span></div> <p></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;color:#ff0000;"><strong><span style="font-size:18px;color:#0000ff;line-height:31px;">情况二、</span>malloc大于128k的内存,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),如下图:</strong></span></p> <img src="https://img-blog.csdn.net/20150114145652375?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvZ2ZnZHNn/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="" /><br /><p><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong><br /></strong></span></p> <p><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><span style="font-weight:bold;"></span></span></p> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong><span style="color:#0000ff;">4、</span></strong>进程调用C=malloc(200K)以后,内存空间如图4:</span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">      默认情况下,<strong>malloc函数分配内存,如果请求内存大于128K(可由M_MMAP_THRESHOLD选项调节),那就不是去推_edata指针了,<span style="color:#0000ff;">而是利用mmap系统调用,从堆和栈的中间分配一块虚拟内存</span>。</strong></span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong><span style="color:#ff0000;">      这样子做主要是因为::</span></strong></span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong><span style="color:#ff0000;">      </span><span style="color:#0000ff;">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<span style="color:#ff0000;">紧缩</span>看下面),而mmap分配的内存可以单独释放。</span></strong></span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong><span style="color:#0000ff;">      </span></strong>当然,还有其它的好处,也有坏处,再具体下去,有兴趣的同学可以去看glibc里面malloc的代码了。 <br /><strong><span style="color:#0000ff;">5、</span></strong>进程调用D=malloc(100K)以后,内存空间如图5;<br /><strong><span style="color:#0000ff;">6、</span></strong>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。</span></div> <img src="https://img-blog.csdn.net/20150114145745283?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvZ2ZnZHNn/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="" /><br /><p></p> <p><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong></strong></span></p> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;"> <strong><span style="color:#0000ff;">7、</span></strong>进程调用free(B)以后,如图7所示:</div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;"> <strong><span style="color:#ff0000;">        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</span></strong>?</div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;"> <strong><span style="color:#ff0000;">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很可能就把B这块内存返回回去了</span></strong>。 <br /><strong><span style="color:#0000ff;">8、</span></strong>进程调用free(D)以后,如图8所示:</div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;"> <strong></strong><span style="color:#ff0000;"><strong>        B和D连接起来,变成一块140K的空闲内存。</strong></span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;"> <strong><span style="color:#0000ff;">9、</span></strong>默认情况下:</div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;"> <strong><span style="color:#ff0000;">       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)。</span></strong>在上一个步骤free的时候,发现最高地址空闲内存超过128K,于是内存紧缩,变成图9所示。</div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;"> <span style="color:rgb(0,0,255);font-size:14px;"><br /></span></div> <div style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;"> <span style="color:rgb(0,0,255);font-size:14px;">三、既然堆内内存brk和sbrk不能直接释放,为什么不全部使用 mmap 来分配,munmap直接释放呢? </span></div> <p></p> <p><span style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong></strong></span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">        既然堆内碎片不能直接释放,导致疑似“内存泄露”问题,为什么 malloc 不全部使用 mmap 来实现呢(mmap分配的内存可以会通过 munmap 进行 free ,实现真正释放)?而是仅仅对于大于 128k 的大块内存才使用 mmap ? </span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">        其实,进程向 OS 申请和释放地址空间的接口 sbrk/mmap/munmap 都是系统调用,频繁调用系统调用都比较消耗系统资源的。并且, mmap 申请的内存被 munmap 后,重新申请会产生更多的缺页中断。例如使用 mmap 分配 1M 空间,第一次调用产生了大量缺页中断 (1M/4K 次 ) ,当munmap 后再次分配 1M 空间,会再次产生大量缺页中断。<span style="color:#ff0000;"><strong>缺页中断是内核行为,会导致内核态CPU消耗较大。</strong></span>另外,如果使用 mmap 分配小内存,会导致地址空间的分片更多,内核的管理负担更大。<br />         <span style="color:#ff0000;"><strong>同时堆是一个连续空间,并且堆内碎片由于没有归还 OS ,如果可重用碎片,再次访问该内存很可能不需产生任何系统调用和缺页中断,这将大大降低 CPU 的消耗</strong></span>。 因此, glibc 的 malloc 实现中,充分考虑了 sbrk 和 mmap 行为上的差异及优缺点,默认分配大块内存 (128k) 才使用 mmap 获得地址空间,也可通过 mallopt(M_MMAP_THRESHOLD, &lt;SIZE&gt;) 来修改这个临界值。</span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"></span> </p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;"><strong><span style="color:#0000ff;">四、如何查看进程的缺页中断信息? </span></strong><br /> 可通过以下命令查看缺页中断信息 <br /> ps -o majflt,minflt -C &lt;program_name&gt; <br /> ps -o majflt,minflt -p &lt;pid&gt; <br /> 其中:: majflt 代表 major fault ,指大错误;</span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">           minflt 代表 minor fault ,指小错误。</span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">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。<br /> 其中 majflt 与 minflt 的不同是::</span></p> <p style="line-height:28px;color:rgb(105,105,105);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"> <span style="font-size:14px;">        majflt 表示需要读写磁盘,可能是内存对应页面在磁盘中需要load 到物理内存中,也可能是此时物理内存不足,需要淘汰部分物理页面至磁盘中。</span></p> <span style="color:rgb(0,0,255);font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;line-height:28px;"><strong>五、C语言的内存分配方式与malloc</strong></span> <p><span style="line-height:28px;font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong><span style="font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;line-height:28px;"><strong><span style="color:#0000ff;">  </span><br /> C语言跟内存分配方式<br /> (1) 从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好,这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量,static变量。<br /> (2) 在栈上创建。在执行函数时,函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建,函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运<br /> 算内置于处理器的指令集中,效率很高,但是分配的内存容量有限。<br /> (3)从堆上分配,亦称动态内存分配。程序在运行的时候用malloc或new申请任意多少的内存,程序员自己负责在何时用free或delete释放内存。动态内存的生存期由我们决定,使用非常灵活,但问题也最多<br />      </strong></span></strong></span></p> <p><span style="line-height:28px;font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong><span style="font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;line-height:28px;"><strong>      C语言跟内存申请相关的函数主要有 alloc,calloc,malloc,free,realloc,sbrk等.其中alloc是向栈申请内存,因此无需释放. malloc分配的内存是位于堆中的,并且没有初始化内存的内容,因此基本上malloc之后,调用函数memset来初始化这部分的内存空间.calloc则将初始化这部分的内存,设置为0. 而realloc则对malloc申请的内存进行大小的调整.申请的内存最终需要通过函数free来释放. 而sbrk则是增加数据段的大小;<br />        malloc/calloc/free基本上都是C函数库实现的,跟OS无关.C函数库内部通过一定的结构来保存当前有多少可用内存.如果程序 malloc的大小超出了库里所留存的空间,那么将首先调用brk系统调用来增加可用空间,然后再分配空间.free时,释放的内存并不立即返回给os, 而是保留在内部结构中. 可以打个比方: brk类似于批发,一次性的向OS申请大的内存,而malloc等函数则类似于零售,满足程序运行时的要求.这套机制类似于缓冲.<br /> 使用这套机制的原因: 系统调用不能支持任意大小的内存分配(有的系统调用只支持固定大小以及其倍数的内存申请,这样的话,对于小内存的分配会造成浪费; 系统调用申请内存代价昂贵,涉及到用户态和核心态的转换.<br /> 函数malloc()和calloc()都可以用来分配动态内存空间,但两者稍有区别。</strong></span></strong></span></p> <p><span style="line-height:28px;font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:16px;"><strong><span style="font-family:'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;font-size:14px;line-height:28px;"><strong>      在Linux系统上,程序被载入内存时,内核为用户进程地址空间建立了代码段、数据段和堆栈段,在数据段与堆栈段之间的空闲区域用于动态内存分配。<br />       内核数据结构mm_struct中的成员变量start_code和end_code是进程代码段的起始和终止地址,start_data和 end_data是进程数据段的起始和终止地址,start_stack是进程堆栈段起始地址,start_brk是进程动态内存分配起始地址(堆的起始 地址),还有一个 brk(堆的当前最后地址),就是动态内存分配当前的终止地址。<br /> C语言的动态内存分配基本函数是malloc(),在Linux上的基本实现是通过内核的brk系统调用。brk()是一个非常简单的系统调用,只是简单地改变mm_struct结构的成员变量brk的值。<br />       mmap系统调用实现了更有用的动态内存分配功能,可以将一个磁盘文件的全部或部分内容映射到用户空间中,进程读写文件的操作变成了读写内存的操作。在 linux/mm/mmap.c文件的do_mmap_pgoff()函数,是mmap系统调用实现的核心。do_mmap_pgoff()的代码,只是新建了一个vm_area_struct结构,并把file结构的参数赋值给其成员变量m_file,并没有把文件内容实际装入内存。<br /> Linux内存管理的基本思想之一,是只有在真正访问一个地址的时候才建立这个地址的物理映射。</strong></span></strong></span></p> <p><br /></p> </div> </div> </article>
424 次点击  
加入收藏 微博
添加一条新回复 (您需要 登录 后才能回复 没有账号 ?)
  • 请尽量让自己的回复能够对别人有帮助
  • 支持 Markdown 格式, **粗体**、~~删除线~~、`单行代码`
  • 支持 @ 本站用户;支持表情(输入 : 提示),见 Emoji cheat sheet
  • 图片支持拖拽、截图粘贴等方式上传