對malloc和free的思考

進程的內存佈局：

Heap的頂端的限制叫作program break，經過系統調用brk活着sbrk能夠想內核申請內存從而改變break，也就是增長或收縮heap的大小。

進程的地址空間所面對的都是虛擬地址，kernel爲每一個進程維護一個page table，創建了虛擬地址空間的頁和物理內存頁或swap空間的映射（虛擬內存或物理內存都是以頁爲單位）。

很重要的一個特色是，虛擬地址空間是連續的！

虛擬內存管理有不少好處：一、進程相互之間或進程與內核之間相互隔離，進程不能操做其餘進程的內存空間，更不能操做內核的空間。二、多個進程能夠共享內存。 （多個進程執行相同的程序，也就是多個進程的text segment所對應的物理內存是同一份），節約內存。三、進程維護的頁表能夠更容易的實現內存保護。（標記page table的entry便可）

虛擬內存這塊讓我想到了，「軟件的不少問題均可以靠加一箇中間層解決」；o(∩_∩)o 哈哈

下面是一個簡單的malloc和free實現，經過系統調用sbrk來實現：

實現細節：

    一、在須要的內存塊前面追加一小塊空間，來存儲當前塊的大小（貌似都這樣）

    二、維護兩個全局變量，managed_memory_start、所維護內存的起始地址

        last_valid_address、所維護內存的最後有效地址，也就是program break

    三、free的實現很簡單，標記此塊爲未用

    四、malloc實現，遍歷所維護的內存塊，找到合適的就返回，找不到就要求系統分配所要求大小的內存。

參考這篇文章：    http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-memory/index.html

這個簡單的內存管理程序有不少缺點：

一、每一次內存不夠時，都要調用sbrk系統調用。sbrk系統調用的單位一般是頁大小的不少倍（頁典型爲4K，sbrk調用最小典型爲128K，數據來自於tlpi），這樣會有效減小系統調用的次數。

二、malloc中的內存大小匹配算法，找到size>=required的塊，會有不少浪費（glibc的實現，則會把大塊分裂，返回用戶須要的，剩餘的放到free list中）。

三、malloc的塊查找算法，是遍歷整個進程空間，效率過低（glibc是雙向鏈表）。

四、mem_control_block的結構中變量is_available只有一位，確是個int類型，佔用空間過多（glibc中只有一個size記錄塊大小，free塊時在塊中分配兩個指針插入到free list雙向鏈表中）。

五、申請的內存並不會返回給內核（glibc在某種狀況下，釋放的內存在heap的頂端造成一大片連續的區域，而且大小達到必定的數值（好比128K，數據來自tlpi），儘可能減小sbrk系統調用的次數）。

前面，後面最重要的文字總結，都是我本身寫的，哈哈～～～