答案

從操作系統(tǒng)角度來看，進程分配內(nèi)存有兩種方式，分別由兩個系統(tǒng)調(diào)用完成：brk 和 mmap（不考慮共享內(nèi)存）。

brk 的實現(xiàn)方式是將 Data Segment 的最高地址指針 _edata 往高地址推（分配的內(nèi)存小于 128k ）。

mmap 的實現(xiàn)方式是在 Memory Mapping Segment 找一塊空閑的虛擬內(nèi)存（分配的內(nèi)存大于 128k ）。

（Data segment 和 Memory Mapping Segment 的相關(guān)內(nèi)容查看這里。）

這兩種方式分配的都是虛擬內(nèi)存，沒有分配物理內(nèi)存。在第一次訪問已分配的虛擬地址空間的時候，發(fā)生缺頁中斷，操作系統(tǒng)負責分配物理內(nèi)存，然后建立虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存之間的映射關(guān)系。

在標準 C 庫中，提供了 malloc / free 函數(shù)分配釋放內(nèi)存，這兩個函數(shù)底層是由 brk，mmap，munmap 這些系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)的。

栗子

1、進程調(diào)用 A = malloc ( 30k ) 以后，內(nèi)存空間如下圖所示。malloc 函數(shù)會調(diào)用 brk 系統(tǒng)調(diào)用，將 _edata 指針往高地址推 30K，就完成虛擬內(nèi)存分配。

你可能會問：只要把_edata + 30K 就完成內(nèi)存分配了？

事實是這樣的，_edata + 30K 只是完成虛擬地址的分配，A 這塊內(nèi)存現(xiàn)在還是沒有物理頁與之對應(yīng)的，等到進程第一次讀寫 A 這塊內(nèi)存的時候，發(fā)生缺頁中斷，這個時候，內(nèi)核才分配 A 這塊內(nèi)存對應(yīng)的物理頁。也就是說，如果用 malloc 分配了 A 這塊內(nèi)容，然后從來不訪問它，那么，A 對應(yīng)的物理頁是不會被分配的。?

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2、進程調(diào)用 B = malloc(40K) 以后，內(nèi)存空間如下圖所示。

3、當?malloc 分配大于 128k 的內(nèi)存時，使用 mmap 分配內(nèi)存。在堆和棧之間找一塊空閑內(nèi)存分配（對應(yīng)獨立內(nèi)存，而且初始化為 0 ）。

這么做的原因是 brk 分配的內(nèi)存需要等到高地址內(nèi)存釋放以后才能釋放（例如，在 B 釋放之前，A 是不可能釋放的，這就是內(nèi)存碎片產(chǎn)生的原因，什么時候收縮看下面），而 mmap 分配的內(nèi)存可以單獨釋放。，如下圖所示，這里分配 200k 。

4、進程調(diào)用 D = malloc(100k) 以后，內(nèi)存空間如下圖所示。

5、進程調(diào)用 free(C) 以后，C 對應(yīng)的虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存一起釋放。

6、進程調(diào)用 free(B) 以后，如下圖所示，B 對應(yīng)的虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存都沒有釋放，因為只有一個 _edata 指針，如果往回推，那么 D 這塊內(nèi)存怎么辦呢？當然，B 這塊內(nèi)存是可以重用的，如果這個時候再來一個 40K 的請求，那么 malloc 很可能就將?B 這塊內(nèi)存返回的。?

7、進程調(diào)用 free(D) 以后，如下圖所示，B 和 D 連接起來變成一塊 140K 的空閑內(nèi)存。當最高地址空間的空閑內(nèi)存超過128K（可由 M_TRIM_THRESHOLD 選項調(diào)節(jié)）時，執(zhí)行內(nèi)存緊縮操作（trim）。在上一個步驟 free 的時候，發(fā)現(xiàn)最高地址空閑內(nèi)存超過 128 K，于是內(nèi)存緊縮，如下圖所示。

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（SAW：Game Over！）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的malloc 两种实现方式：brk 和 mmap的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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