轉，malloc 和 free 實質 （很是透徹)

內存分配的原理__進程分配內存有兩種方式，分別由兩個系統調用完成：brk和mmap（不考慮共享內存）。  

如何查看進程發生缺頁中斷的次數？

         用ps -o majflt,minflt -C program命令查看。

          majflt表明major fault，中文名叫大錯誤，minflt表明minor fault，中文名叫小錯誤。

          這兩個數值表示一個進程自啓動以來所發生的缺頁中斷的次數。

發成缺頁中斷後，執行了那些操做？

當一個進程發生缺頁中斷的時候，進程會陷入內核態，執行如下操做： 
一、檢查要訪問的虛擬地址是否合法 
二、查找/分配一個物理頁 
三、填充物理頁內容（讀取磁盤，或者直接置0，或者啥也不幹） 
四、創建映射關係（虛擬地址到物理地址） 
從新執行發生缺頁中斷的那條指令 
若是第3步，須要讀取磁盤，那麼此次缺頁中斷就是majflt，不然就是minflt。 

內存分配的原理

從操做系統角度來看，進程分配內存有兩種方式，分別由兩個系統調用完成：brk和mmap（不考慮共享內存）。

一、brk是將數據段(.data)的最高地址指針_edata往高地址推；

二、mmap是在進程的虛擬地址空間中（堆和棧中間，稱爲文件映射區域的地方）找一塊空閒的虛擬內存。

     這兩種方式分配的都是虛擬內存，沒有分配物理內存。在第一次訪問已分配的虛擬地址空間的時候，發生缺頁中斷，操做系統負責分配物理內存，而後創建虛擬內存和物理內存之間的映射關係。

在標準C庫中，提供了malloc/free函數分配釋放內存，這兩個函數底層是由brk，mmap，munmap這些系統調用實現的。

下面以一個例子來講明內存分配的原理：

狀況1、malloc小於128k的內存，使用brk分配內存，將_edata往高地址推(只分配虛擬空間，不對應物理內存(所以沒有初始化)，第一次讀/寫數據時，引發內核缺頁中斷，內核才分配對應的物理內存，而後虛擬地址空間創建映射關係)，以下圖：

 

 

一、進程啓動的時候，其（虛擬）內存空間的初始佈局如圖1所示。

      其中，mmap內存映射文件是在堆和棧的中間（例如libc-2.2.93.so，其它數據文件等），爲了簡單起見， 省略了內存映射文件。

      _edata指針（glibc裏面定義）指向數據段的最高地址。 
二、進程調用A=malloc(30K)之後，內存空間如圖2：

      malloc函數會調用brk系統調用，將_edata指針往高地址推30K，就完成虛擬內存分配。

      你可能會問： 只要把_edata+30K就完成內存分配了？

      事實是這樣的，_edata+30K只是完成虛擬地址的分配， A這塊內存如今仍是沒有物理頁與之對應的， 等到進程第一次讀寫A這塊內存的時候，發生缺頁中斷，這個時候，內核才分配A這塊內存對應的物理頁。 也就是說，若是用malloc分配了A這塊內容，而後歷來不訪問它，那麼，A對應的物理頁是不會被分配的。 
三、進程調用B=malloc(40K)之後，內存空間如圖3。

狀況2、malloc大於128k的內存，使用mmap分配內存，在堆和棧之間找一塊空閒內存分配(對應獨立內存，並且初始化爲0)，以下圖：

 

四、進程調用C=malloc(200K)之後，內存空間如圖4：

      默認狀況下，malloc函數分配內存，若是請求內存大於128K（可由M_MMAP_THRESHOLD選項調節），那就不是去推_edata指針了，而是利用mmap系統調用，從堆和棧的中間分配一塊虛擬內存。

      這樣子作主要是由於::

      brk分配的內存須要等到高地址內存釋放之後才能釋放（例如，在B釋放以前，A是不可能釋放的，這就是內存碎片產生的緣由，何時緊縮看下面），而mmap分配的內存能夠單獨釋放。

      固然，還有其它的好處，也有壞處，再具體下去，有興趣的同窗能夠去看glibc裏面malloc的代碼了。 
五、進程調用D=malloc(100K)之後，內存空間如圖5；
六、進程調用free(C)之後，C對應的虛擬內存和物理內存一塊兒釋放。

七、進程調用free(B)之後，如圖7所示：

        B對應的虛擬內存和物理內存都沒有釋放，由於只有一個_edata指針，若是往回推，那麼D這塊內存怎麼辦呢？

固然，B這塊內存，是能夠重用的，若是這個時候再來一個40K的請求，那麼malloc極可能就把B這塊內存返回回去了。 
八、進程調用free(D)之後，如圖8所示：

        B和D鏈接起來，變成一塊140K的空閒內存。

九、默認狀況下：

       當最高地址空間的空閒內存超過128K（可由M_TRIM_THRESHOLD選項調節）時，執行內存緊縮操做（trim）。在上一個步驟free的時候，發現最高地址空閒內存超過128K，因而內存緊縮，變成圖9所示。