Windows下的 malloc 原理就是調(diào)用 windows API 的各種內(nèi)存管理函數(shù)申請(qǐng)內(nèi)存并記錄內(nèi)存狀態(tài)以便將來(lái)釋放。
讓客戶滿意是我們工作的目標(biāo)，不斷超越客戶的期望值來(lái)自于我們對(duì)這個(gè)行業(yè)的熱愛(ài)。我們立志把好的技術(shù)通過(guò)有效、簡(jiǎn)單的方式提供給客戶，將通過(guò)不懈努力成為客戶在信息化領(lǐng)域值得信任、有價(jià)值的長(zhǎng)期合作伙伴，公司提供的服務(wù)項(xiàng)目有：域名申請(qǐng)、虛擬主機(jī)、營(yíng)銷(xiāo)軟件、網(wǎng)站建設(shè)、棲霞網(wǎng)站維護(hù)、網(wǎng)站推廣。
DOS下的 malloc 原理就是調(diào)用申請(qǐng)內(nèi)存的中斷申請(qǐng)內(nèi)存并記錄內(nèi)存狀態(tài)以便將來(lái)釋放。
UNIX 和 Linux 都有內(nèi)存管理的系統(tǒng)調(diào)用，malloc 相當(dāng)于給這些系統(tǒng)調(diào)用穿了一件
malloc（）工作機(jī)制
malloc函數(shù)的實(shí)質(zhì)體現(xiàn)在，它有一個(gè)將可用的內(nèi)存塊連接為一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的列表的所謂空閑鏈表。調(diào)用malloc函數(shù)時(shí)，它沿連接表尋找一個(gè)大到足以滿足用戶請(qǐng)求所需要的內(nèi)存塊。然后，將該內(nèi)存塊一分為二（一塊的大小與用戶請(qǐng)求的大小相等，另一塊的大小就是剩下的字節(jié)）。接下來(lái)，將分配給用戶的那塊內(nèi)存?zhèn)鹘o用戶，并將剩下的那塊（如果有的話）返回到連接表上。調(diào)用free函數(shù)時(shí)，它將用戶釋放的內(nèi)存塊連接到空閑鏈上。到最后，空閑鏈會(huì)被切成很多的小內(nèi)存片段，如果這時(shí)用戶申請(qǐng)一個(gè)大的內(nèi)存片段，那么空閑鏈上可能沒(méi)有可以滿足用戶要求的片段了。于是，malloc函數(shù)請(qǐng)求延時(shí)，并開(kāi)始在空閑鏈上翻箱倒柜地檢查各內(nèi)存片段，對(duì)它們進(jìn)行整理，將相鄰的小空閑塊合并成較大的內(nèi)存塊。
malloc（）在操作系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)
在 C 程序中，多次使用malloc () 和 free()。不過(guò)，您可能沒(méi)有用一些時(shí)間去思考它們?cè)谀牟僮飨到y(tǒng)中是如何實(shí)現(xiàn)的。本節(jié)將向您展示 malloc 和 free 的一個(gè)最簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)的代碼，來(lái)幫助說(shuō)明管理內(nèi)存時(shí)都涉及到了哪些事情。
在大部分操作系統(tǒng)中，內(nèi)存分配由以下兩個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)來(lái)處理：
void *malloc (long numbytes)：該函數(shù)負(fù)責(zé)分配 numbytes 大小的內(nèi)存，并返回指向第一個(gè)字節(jié)的指針。
void free(void *firstbyte)：如果給定一個(gè)由先前的 malloc 返回的指針，那么該函數(shù)會(huì)將分配的空間歸還給進(jìn)程的“空閑空間”。
malloc_init 將是初始化內(nèi)存分配程序的函數(shù)。它要完成以下三件事：將分配程序標(biāo)識(shí)為已經(jīng)初始化，找到系統(tǒng)中最后一個(gè)有效內(nèi)存地址，然后建立起指向我們管理的內(nèi)存的指針。這三個(gè)變量都是全局變量：
//清單 1. 我們的簡(jiǎn)單分配程序的全局變量
int has_initialized = 0;
void *managed_memory_start;
void *last_valid_address;
如前所述，被映射的內(nèi)存的邊界（最后一個(gè)有效地址）常被稱(chēng)為系統(tǒng)中斷點(diǎn)或者 當(dāng)前中斷點(diǎn)。在很多 UNIX? 系統(tǒng)中，為了指出當(dāng)前系統(tǒng)中斷點(diǎn)，必須使用 sbrk(0) 函數(shù)。 sbrk 根據(jù)參數(shù)中給出的字節(jié)數(shù)移動(dòng)當(dāng)前系統(tǒng)中斷點(diǎn)，然后返回新的系統(tǒng)中斷點(diǎn)。使用參數(shù) 0 只是返回當(dāng)前中斷點(diǎn)。這里是我們的 malloc 初始化代碼，它將找到當(dāng)前中斷點(diǎn)并初始化我們的變量：
清單 2. 分配程序初始化函數(shù)
#include
void malloc_init()
{
last_valid_address = sbrk(0);
managed_memory_start = last_valid_address;
has_initialized = 1;
}
現(xiàn)在，為了完全地管理內(nèi)存，我們需要能夠追蹤要分配和回收哪些內(nèi)存。在對(duì)內(nèi)存塊進(jìn)行了 free 調(diào)用之后，我們需要做的是諸如將它們標(biāo)記為未被使用的等事情，并且，在調(diào)用 malloc 時(shí)，我們要能夠定位未被使用的內(nèi)存塊。因此， malloc 返回的每塊內(nèi)存的起始處首先要有這個(gè)結(jié)構(gòu)：
//清單 3. 內(nèi)存控制塊結(jié)構(gòu)定義
struct mem_control_block {
int is_available;
int size;
};
現(xiàn)在，您可能會(huì)認(rèn)為當(dāng)程序調(diào)用 malloc 時(shí)這會(huì)引發(fā)問(wèn)題 —— 它們?nèi)绾沃肋@個(gè)結(jié)構(gòu)？答案是它們不必知道；在返回指針之前，我們會(huì)將其移動(dòng)到這個(gè)結(jié)構(gòu)之后，把它隱藏起來(lái)。這使得返回的指針指向沒(méi)有用于任何其他用途的內(nèi)存。那樣，從調(diào)用程序的角度來(lái)看，它們所得到的全部是空閑的、開(kāi)放的內(nèi)存。然后，當(dāng)通過(guò) free() 將該指針傳遞回來(lái)時(shí)，我們只需要倒退幾個(gè)內(nèi)存字節(jié)就可以再次找到這個(gè)結(jié)構(gòu)。
在討論分配內(nèi)存之前，我們將先討論釋放，因?yàn)樗?jiǎn)單。為了釋放內(nèi)存，我們必須要做的惟一一件事情就是，獲得我們給出的指針，回退 sizeof(struct mem_control_block) 個(gè)字節(jié)，并將其標(biāo)記為可用的。這里是對(duì)應(yīng)的代碼：
清單 4. 解除分配函數(shù)
void free(void *firstbyte) {
struct mem_control_block *mcb;
mcb = firstbyte - sizeof(struct mem_control_block);
mcb-is_available = 1;
return;
}
如您所見(jiàn)，在這個(gè)分配程序中，內(nèi)存的釋放使用了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的機(jī)制，在固定時(shí)間內(nèi)完成內(nèi)存釋放。分配內(nèi)存稍微困難一些。我們主要使用連接的指針遍歷內(nèi)存來(lái)尋找開(kāi)放的內(nèi)存塊。這里是代碼：
//清單 6. 主分配程序
void *malloc(long numbytes) {
void *current_location;
struct mem_control_block *current_location_mcb;
void *memory_location;
if(! has_initialized) {
malloc_init();
}
numbytes = numbytes + sizeof(struct mem_control_block);
memory_location = 0;
current_location = managed_memory_start;
while(current_location != last_valid_address)
{
current_location_mcb =
(struct mem_control_block *)current_location;
if(current_location_mcb-is_available)
{
if(current_location_mcb-size = numbytes)
{
current_location_mcb-is_available = 0;
memory_location = current_location;
break;
}
}
current_location = current_location +
current_location_mcb-size;
}
if(! memory_location)
{
sbrk(numbytes);
memory_location = last_valid_address;
last_valid_address = last_valid_address + numbytes;
current_location_mcb = memory_location;
current_location_mcb-is_available = 0;
current_location_mcb-size = numbytes;
}
memory_location = memory_location + sizeof(struct mem_control_block);
return memory_location;
}
這就是我們的內(nèi)存管理器。現(xiàn)在，我們只需要構(gòu)建它，并在程序中使用它即可.多次調(diào)用malloc（）后空閑內(nèi)存被切成很多的小內(nèi)存片段，這就使得用戶在申請(qǐng)內(nèi)存使用時(shí)，由于找不到足夠大的內(nèi)存空間，malloc（）需要進(jìn)行內(nèi)存整理，使得函數(shù)的性能越來(lái)越低。聰明的程序員通過(guò)總是分配大小為2的冪的內(nèi)存塊，而最大限度地降低潛在的malloc性能喪失。也就是說(shuō)，所分配的內(nèi)存塊大小為4字節(jié)、8字節(jié)、16字節(jié)、 18446744073709551616字節(jié)，等等。這樣做最大限度地減少了進(jìn)入空閑鏈的怪異片段（各種尺寸的小片段都有）的數(shù)量。盡管看起來(lái)這好像浪費(fèi)了空間，但也容易看出浪費(fèi)的空間永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)50%。
動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配即分配內(nèi)存大小在運(yùn)行時(shí)才確定，一般在堆中分配。
C語(yǔ)言動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配相關(guān)的函數(shù)如下幾個(gè)：malloc、calloc、realloc、free；
malloc函數(shù)的使用比較直接，一個(gè)成功的malloc調(diào)用返回分配的size大小的內(nèi)存的指針。失敗時(shí)返回NULL并將錯(cuò)誤代碼置為ENOMEM。
calloc函數(shù)可以分配nr個(gè)size大小的內(nèi)存空間，一般用于一組struct結(jié)構(gòu)體的分配。
realloc函數(shù)將ptr指向的內(nèi)存空間重新分配大小為size并返回新的內(nèi)存首地址。
free函數(shù)釋放前三個(gè)函數(shù)申請(qǐng)的內(nèi)存空間，所以，使用前三個(gè)分配函數(shù)分配的內(nèi)存一定要free掉。
不知lz有沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)虛存一說(shuō)，當(dāng)源碼被編譯成二進(jìn)制文件后，其中的變量，函數(shù)的虛擬地址，也就是內(nèi)存空間中的地址就已確定，在運(yùn)行時(shí)，操作系統(tǒng)為其分配物理內(nèi)存并添加虛擬地址到物理地址的映射。
再說(shuō)的多一點(diǎn)，一個(gè)進(jìn)程（運(yùn)行的程序）可分為若干段：代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段等，其中函數(shù)所操作的空間（也就是局部變量的空間）就位于堆棧段，所謂函數(shù)分配內(nèi)存大小，實(shí)際就是堆棧段指針的變化而已。
重慶分公司
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