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malloc实现原理malloc是一个动态内存分配函数，用于在程序运行时从可用的内存池中分配内存。
与静态内存分配（例如通过定义变量和数组）的方式相比，动态内存分配具有更大的灵活性，因为它允许程序在运行时动态地分配和释放内存。
在本文中，将介绍malloc的实现原理。
在C语言中，使用malloc函数需要调用stdlib.h头文件。
malloc函数的声明如下：```void *malloc(size_t size);```malloc函数使用一个参数size，表示需要分配的内存大小。
它会在可用的内存池中寻找一块大小至少为size个字节的空闲内存，并返回该内存的地址。
如果没有足够的空闲内存，malloc函数将返回NULL。
malloc函数的内部实现使用堆（heap）这种数据结构来管理内存。
堆是一种动态内存分配的数据结构，可以通过实现一个双向链表来管理内存块的分配和释放。
每个内存块都包括一个头数据结构和实际分配的内存块。
堆中的内存块分配和释放的过程分别称为malloc和free。
malloc 函数将在堆上寻找一块足够大的空闲内存，并将该内存块与堆中的其他内存块连接起来。
free函数将释放先前分配的内存块，从而使该内存块可用于以后的分配。
为了管理堆，malloc使用了两个指针，一个指向堆的开始，另一个指向堆的结束。
同时，malloc还使用了另一个指针，它指向最后一次分配内存时找到的空闲内存块的位置。
这个指针被称为未使用的空闲内存块指针。
当程序调用malloc函数请求一块新的内存时，malloc会从未使用的空闲内存块指针处开始搜索堆，寻找一块合适的空闲内存。
如果找到，该块内存就会被分配出去，未使用的空闲内存块指针也会指向堆上的下一块空闲内存块。
如果找不到合适的空闲内存块，malloc将请求操作系统分配更多的内存，并将该内存扩展到堆中。
当程序调用free函数释放一块内存块时，malloc将该内存块标记为未使用的空闲内存，并将其添加到空闲内存块列表的开头。
linux kerne malloc实现原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述:在现代操作系统中，内存管理是一个极其重要的组成部分。
在Linux 内核中，malloc函数是用来动态分配内存的函数之一。
本文将深入探讨Linux Kernel中malloc函数的实现原理。
malloc函数的实现原理涉及到内存分配算法、数据结构以及Linux Kernel内部机制。
深入了解malloc函数的实现原理可以帮助我们更好地理解Linux内核的内存管理机制，提高系统的性能和稳定性。
通过分析Linux Kernel中malloc函数的实现原理，我们可以深入了解内核中内存管理的机制，为我们在实际开发中更好地利用和优化内存提供指导和参考。
本文旨在通过详细的介绍和分析，帮助读者深入理解Linux Kernel中malloc函数的实现原理，为内核开发和系统优化提供参考。
1.2 文章结构文章结构部分将包括以下内容：1. Linux Kernel简介：介绍Linux Kernel的基本概念和功能，以及其在操作系统中的重要性。
2. 内存管理：讨论Linux Kernel中的内存管理机制，包括内存分配和释放方式等。
3. Malloc实现原理：深入探讨Linux Kernel中malloc函数的实现原理，从内存分配算法到数据结构的设计等方面进行详细分析。
4. 结论：总结文章要点，对Linux Kernel中malloc实现原理的重要性进行概括，并展望未来可能的发展方向。
1.3 目的本文的主要目的是深入探讨Linux Kernel中的malloc实现原理。
通过对内存管理和malloc算法的讲解，希望读者能够了解Linux Kernel中如何进行内存分配和释放操作。
通过分析malloc的实现原理，读者可以更好地理解程序中内存分配的过程，从而提高代码的效率和性能。
同时，通过对malloc算法的详细解析，读者可以了解到Linux Kernel是如何管理内存的，从而进一步优化程序的性能和可靠性。
第1篇一、实验目的1. 理解操作系统内存分配的基本原理和常用算法。
2. 掌握动态分区分配方式中的数据结构和分配算法。
3. 通过编写程序，实现内存分配和回收功能。
二、实验环境1. 操作系统：Linux2. 编程语言：C语言3. 开发工具：GCC编译器三、实验原理1. 内存分配的基本原理操作系统内存分配是指操作系统根据程序运行需要，将物理内存分配给程序使用的过程。
内存分配算法主要包括以下几种：（1）首次适应算法（First Fit）：从内存空间首部开始查找，找到第一个满足条件的空闲区域进行分配。
（2）最佳适应算法（Best Fit）：在所有满足条件的空闲区域中，选择最小的空闲区域进行分配。
（3）最坏适应算法（Worst Fit）：在所有满足条件的空闲区域中，选择最大的空闲区域进行分配。
2. 动态分区分配方式动态分区分配方式是指操作系统在程序运行过程中，根据需要动态地分配和回收内存空间。
动态分区分配方式包括以下几种：（1）固定分区分配：将内存划分为若干个固定大小的分区，程序运行时按需分配分区。
（2）可变分区分配：根据程序大小动态分配分区，分区大小可变。
（3）分页分配：将内存划分为若干个固定大小的页，程序运行时按需分配页。
四、实验内容1. 实现首次适应算法（1）创建空闲分区链表，记录空闲分区信息，包括分区起始地址、分区大小等。
（2）编写分配函数，实现首次适应算法，根据程序大小查找空闲分区，分配内存。
（3）编写回收函数，回收程序所占用的内存空间，更新空闲分区链表。
2. 实现最佳适应算法（1）创建空闲分区链表，记录空闲分区信息。
（2）编写分配函数，实现最佳适应算法，根据程序大小查找最佳空闲分区，分配内存。
（3）编写回收函数，回收程序所占用的内存空间，更新空闲分区链表。
3. 实验结果分析（1）通过实验，验证首次适应算法和最佳适应算法的正确性。
（2）对比两种算法在内存分配效率、外部碎片等方面的差异。
五、实验步骤1. 创建一个动态内存分配模拟程序，包括空闲分区链表、分配函数和回收函数。
深入探究C中的malloc（）和free（）函数作者：陆金江来源：《计算机光盘软件与应用》2013年第21期摘要：C中的malloc（）函数和free（）函数是一对可以动态分配内存与释放内存的函数，本文将从语法基础、应用场合、实现原理等方面对这两个函数进行细致深入地阐述。
关键词：C；malloc（）函数；free（）函数中图分类号：TP312.11 malloc（）和free（）的语法基础C语言中可以用malloc（）函数在内存中动态分配一块连续空间，分配空间大小由指定参数决定。
其函数原型为：void *malloc（unsigned int size）；返回值是所分配区域的首地址。
如果内存分配失败（例如内存空间不足）则返回空指针NULL。
如：int *p = malloc（50）； //开辟50字节的内存空间，将空间首地址赋给指针变量pmalloc（）的返回值类型为void*，很多人喜欢像下面这样将返回值进行强制类型转换：int *p = （int*） malloc（50）；其实没有必要，void*类型的指针是可以不经强制转换，赋给所有类型指针变量的。
如果不再需要malloc（）分配的内存空间，可以通过free（）来释放内存。
如：free（p）； //释放 p 所指向的内存区域2 malloc（）的应用场合malloc（）经常被用于分配执行前还不确定大小的数组的内存区域、动态分配结构体的内存区域等。
如在不确定书名长短时，为了避免声明的数组长度过长造成空间浪费，可以用下列方式，在确定了书名长度后，给它分配必要的内存区域。
char *title；title = malloc（sizeof（char）*len）； //len为书名的实际长度再如，数据结构中，在构建链表时，要用malloc（）为链表中的每一个结点动态分配空间。
3 malloc（）和free（）的实现原理malloc（）是在内存中称为“堆”的空间中进行分配的，堆的特点就是可以动态地、在运行时进行内存分配，并且可以通过任意的顺序释放内存。
linux的malloc函数malloc是C 语言中的一个标准库函数，它用于在堆上动态分配内存。
在Linux 系统中，当你使用malloc时，你实际上是调用了 C 标准库中的这个函数。
这个函数是跨平台的，不仅限于Linux。
malloc的原型如下：cvoid *malloc(size_t size);其中，size参数指定要分配的字节数。
如果分配成功，malloc返回一个指向被分配内存的指针。
如果分配失败（例如，由于内存不足），则返回NULL。
使用malloc分配的内存块是未初始化的，即它们不包含任何特定的值。
如果你需要分配的内存块被初始化为0，可以使用calloc函数。
在使用完通过malloc分配的内存后，你应该使用free函数来释放它，以避免内存泄漏。
示例：c#include<stdio.h>#include<stdlib.h>int main() {int *ptr;size_t num = 10; // 分配10个整数的空间ptr = (int*)malloc(num * sizeof(int)); // 分配内存if (ptr == NULL) {printf("Memory allocation failed!\n");return1; // 返回错误代码}// 使用分配的内存...for (size_t i = 0; i < num; i++) {ptr[i] = i * i;}// 打印结果for (size_t i = 0; i < num; i++) {printf("%zu: %d\n", i, ptr[i]);}// 释放内存free(ptr);return0;}注意：在上面的示例中，我使用了类型转换(int*)来将malloc返回的void*指针转换为int*指针。
但在 C 语言中，当将void*赋值给其他类型的指针时，这种类型转换是自动的（在C++ 中则必须明确进行类型转换）。
第三章环境变量和重要函数malloc1 相关结构1.1环境变量结构（include/environment.h）1.2板子信息数据结构（/include/asm_arm/u-boot.h）板子很多重要的参数。
类型定义如下：1.3 gd全局数据变量指针，它保存了u-boot运行需要的全局数据1.4环境变量指针环境变量指针env_t *env_ptr = (env_t *)(&environment[0]);(common/env_flash.c)env_ptr指向环境参数区，系统启动时默认的环境参数environment[]，定义在common/environment.c中。
/tianylj/blog/item/2d3989770044e80cb151b946.html /yangfan/articles/117351.html2 重要函数malloc2.1 malloc_chunkdlmalloc有两个重要的数据结构，一个是 chunk程序块唱歌, 另一个是bin。
chunk就是分配内存的数据块，定义如下：#ifndef INTERNAL_SIZE_T#define INTERNAL_SIZE_T size_t#endifstruct malloc_chunk{INTERNAL_SIZE_T prev_size;/* [4byte] Size of previous先前的chunk (if free). */ /* 前一个块的大小(如果它是空闲的)。
*/INTERNAL_SIZE_T size; /*[4byte] Size in bytes, including overhead.开销*/ /* 当前块的字节大小，包括开销。
*/struct malloc_chunk*fd; /* double links -- used only if free. *//* 双向链表——仅用于空闲时。
linuxmalloc函数的实现很多学过C的⼈对malloc都不是很了解，知道使⽤malloc要加头⽂件,知道malloc是分配⼀块连续的内存，知道和free函数是⼀起⽤的。
但是但是：⼀部分⼈还是将：malloc当作系统所提供的或者是C的关键字，事实上：malloc只是C标准库中提供的⼀个普通函数⽽且很多很多⼈都对malloc的具体实现机制不是很了解。
1，关于malloc以及相关的⼏个函数#include <stdlib.h>(Linux下)void *malloc(size_t size);void free(void *ptr);void *calloc(size_t nmemb, size_t size);void *realloc(void *ptr, size_t size);也可以这样认为（window下）原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes);头⽂件：#include <malloc.h>或者#include <alloc.h>两者的内容是完全⼀样的。
如果分配成功：则返回指向被分配内存空间的指针不然，返回空指针NULL。
同时，当内存不再使⽤的时候，应使⽤free（）函数将内存块释放掉。
关于：void *,表⽰未确定类型的指针。
C，C++规定，void *类型可以强转为任何其他类型的的指针。
malloc returns a void pointer to the allocated space, or NULL if there is insufficient memory available. To return a pointer to a type other than void, use a type cast on the return value. The storage space pointed to by the return value is guaranteed to be suitably aligned for storage of any type of object. If size is 0, malloc allocates a zero-length item in the heap and returns a valid pointer to that item. Always check the return from malloc, even if the amount of memory requested is small.关于void *的其他说法：void * p1;int *p2;p1 = p2; 就是说其他任意类型都可以直接赋值给它，⽆需进⾏强转，但是反过来不可以。
linux内存管理之vmalloc函数分析2017-07-09今天周末，闲来⽆事聊聊linux内核内存分配那点事……重点在于分析vmalloc的执⾏流程以传统x86架构为例，内核空间内存（3G-4G）主要分为三⼤部分：DMA映射区，⼀致映射区、⾼端内存区。
其中前两者占据低端892M，⽽剩下的128M作为⾼端内存区。
DMA映射区涉及到外部设备，咱们暂且不讨论，那么就剩下⼀致映射区和⾼端内存区。
⼀致映射区的虚拟地址均⼀⼀对应了物理页框，因此此区间虚拟地址的访问可以直接通过偏移量得到物理内存⽽不需进⾏页表的转换。
但是1G内核地址空间说实话有些捉襟见肘，如果都⽤作⼀致映射，那么当物理内存⼤于4G时，内核仍然⽆法利⽤。
鉴于此，留下128M的地址空间作为⾼端内存，扮演着临时映射的作⽤。
回想下PAE模式的原理，是不是有些相似呢？⼀致映射区既然都已经关联了物理内存就可以通过slab缓存来管理，以加速分配。
⽽⾼端内存这点有些类似于⽤户进程的内存分配，但⼜并不完全相同，后⾯咱们会讲到。
在这⾥咱们先回忆下⽤户空间内存分配流程，⼀个普通的进程调⽤malloc函数分配⼀段地址空间，有可能在堆中，如果内存过⼤海有可能在mmap映射区，同时会由⼀个vm_area_struct记录下本次分配出去的地址空间信息，如⼤⼩，起始地址等由于进程独享虚拟地址空间，所以这些vm_area_struct都是按照进程为单位进⾏管理的。
这也没⽑病。
此时仅仅是在进程管理虚拟内存的数据结构中记录了下这块虚拟地址空间被分配出去了，然⽽此时和物理内存还没管理，在真正发⽣读写的时候就会分配物理内存、填充页表。
然⽽在内核中，所有进程共享唯⼀的内核地址空间，所以内核地址空间需要统⼀管理。
下⾯我们根据源码分析下vmalloc的具体流程void *vmalloc(unsigned long size){return __vmalloc(size, GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM, PAGE_KERNEL);}该函数直接封装了__vmalloc_node，⽽__vmalloc_node⼜封装了__vmalloc_node_range，我们直接从__vmalloc_node_range函数看起void *__vmalloc_node_range(unsigned long size, unsigned long align,unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,pgprot_t prot, int node, const void *caller){struct vm_struct *area;void *addr;unsigned long real_size = size;size = PAGE_ALIGN(size);if (!size || (size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages)goto fail;/*在⾼端内存区分配⼀个vm_struct并初始化*/area = __get_vm_area_node(size, align, VM_ALLOC | VM_UNLIST,start, end, node, gfp_mask, caller);if (!area)goto fail;/*为area分配管理page的数组，并通过伙伴系统分配物理页⾯*/addr = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, node, caller);if (!addr)return NULL;/** In this function, newly allocated vm_struct has VM_UNLIST flag.* It means that vm_struct is not fully initialized.* Now, it is fully initialized, so remove this flag here.*/clear_vm_unlist(area);/** A ref_count = 3 is needed because the vm_struct and vmap_area* structures allocated in the __get_vm_area_node() function contain* references to the virtual address of the vmalloc'ed block.*/kmemleak_alloc(addr, real_size, 3, gfp_mask);return addr;fail:warn_alloc_failed(gfp_mask, 0,"vmalloc: allocation failure: %lu bytes\n",real_size);return NULL;}前⾯说和⽤户空间进程分配内存类似的点就在于⾼端内存区的管理同样需要数据结构，和⽤户空间对应，内核使⽤vm_struct。
malloc的实现原理`malloc` 是 C 语言中用于动态内存分配的函数，其实现原理通常涉及到操作系统和内存管理的细节。
`malloc` 的主要任务是在堆区分配指定大小的内存空间。
以下是一个简化的 `malloc` 实现原理概述：1. 请求内存: 当调用 `malloc` 时，它会向操作系统请求所需的内存量。
这通常涉及到系统调用，例如在 Unix-like 系统中使用 `sbrk` 或 `mmap`。
2. 空闲链表管理: `malloc` 使用空闲链表来管理已分配但尚未使用的内存块。
这些链表中的每个节点都代表一块连续的内存区域。
当一个内存块被释放时，它会被添加到空闲链表中。
3. 内存碎片: 由于连续的内存块可能被分割，随着时间的推移，可能会出现大量的内存碎片。
为了减少这种情况，一些 `malloc` 实现使用各种策略，如合并空闲块或预先分配大块内存。
4. 内存对齐: 为了优化性能，`malloc` 可能会考虑内存对齐的需求。
例如，某些 CPU 访问对齐的内存地址会更快。
5. 返回值处理: `malloc` 返回一个指向新分配内存的指针。
如果内存分配失败，它会返回 `NULL`。
6. 内存释放: 当使用 `free` 释放内存时，`malloc` 需要更新其内部数据结构（如空闲链表）以反映这一变化。
7. 优化: 为了提高性能，一些高级的 `malloc` 实现使用各种优化技术，如内存池、缓存和预先分配等。
8. 错误处理: 在某些情况下，如内存耗尽或无效的请求，`malloc` 需要能够优雅地处理错误，这可能涉及到通知应用程序、记录错误或执行其他适当的操作。
请注意，实际的 `malloc` 实现可能比上述概述更为复杂，并涉及更多的优化和边界情况处理。
如果你对具体的实现细节感兴趣，建议查看开源的`malloc` 实现，如 glibc 的 `malloc` 或 tcmalloc。
