Linux内核有什么之内存管理子系统有什么第二回 —— 单刀直入

本文主要是介绍Linux内核有什么之内存管理子系统有什么第二回 —— 单刀直入，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

接前一篇文章：Linux内核有什么之内存管理子系统有什么第一回 —— 引言

一、单刀直入 —— 一切从malloc开始

想必大家都使用过malloc()，malloc的全称是memory allocation，中文叫做动态内存分配。其用于申请一块连续的指定大小的内存块区域以void *类型返回分配的内存区域地址。

一般的工程师尤其是上层应用工程师知道怎么用这个函数就可以了，如果再能知道它是从堆（heap）中分配，并且能够注意通过free()释放内存从而避免内存泄漏，就算是比较优秀的工程师了。但那是对于应用工程师而言的，对于底层内核工程师，要求远不止于此。我们要知道malloc()的底层机制，具体是怎样由上到下、由应用到内核的，在内核中都做了哪些工作，最终又是如何返回给应用的。

先来看一下malloc的定义。在Linux终端下通过man malloc查看其说明，如下所示：

名称

malloc

原型

#include <stdlib.h>

void *malloc(size_t size);

说明

malloc()函数分配size个字节，并返回一个指向已分配内存的指针。此分配到的内存并未初始化。如果大小为0，那么malloc()返回NULL，或者返回一个唯一的指针值，该值稍后可以成功传递给free()。

返回值

malloc()函数返回一个指向已分配内存的指针，该指针适合任何内置类型。出现错误时，这些函数返回NULL。成功调用malloc()且大小为零，也可能返回NULL。

注

默认情况下，Linux遵循乐观的内存分配策略。这意味着当mallo()返回非NULL时，不能保证内存真的可用。如果系统内存不足，一个或多个进程将被OOM杀手杀死。有关更多信息，请参阅proc(5)中/proc/sys/vm/overcommit_memory和/proc/sys/vm/oom_adj的描述，以及Linux内核源文件Documentation/vm/overcommit-accounting.rst。

通常，malloc()从堆中分配内存，并根据需要使用sbrk(2)调整堆的大小；当分配大于MMAP_THRESHOLD字节的内存块时，glibc malloc()实现使用mmap(2)将内存分配为私有匿名映射。MMAP_THRESHOLD默认为128kB，但可以使用mallopt(3)进行调整。

在Linux内核4.7之前，使用mmap(2)执行的分配不受RLIMIT_DATA资源限制的影响；自Linux内核 4.7以来，对于使用mmap(2)执行的分配，也强制执行了此限制。

为了避免多线程应用程序中的损坏，在内部使用互斥锁来保护这些函数所使用的内存管理数据结构。在线程同时分配和释放内存的多线程应用程序中，可能存在对这些互斥对象的争用。为了在多线程应用程序中可伸缩地处理内存分配，如果检测到互斥争用，glibc会创建额外的内存分配区域。每个arena都是一个大的内存区域，由系统内部分配（使用brk(2)或mmap(2)），并使用自己的互斥对象进行管理。

从上边man中对于malloc()的说明可以看到，通过malloc()申请一个堆内的空间，底层要么执行brk，要么执行mmap。

brk是一个系统调用，其入口函数是sys_brk；mmap也是一个系统调用，其入口是sys_mmap。

下一回开始对于这两个系统调用进行深入解析。

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