内存分配的原理__进程分配内存有两种方式,分别由两个系统调用完成:brk和mmap(不考虑共享内存)

本文主要是介绍内存分配的原理__进程分配内存有两种方式,分别由两个系统调用完成:brk和mmap(不考虑共享内存),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!

如何查看进程发生缺页中断的次数

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

          majflt代表major fault,中文名叫大错误,minflt代表minor fault,中文名叫小错误

          这两个数值表示一个进程自启动以来所发生的缺页中断的次数

发成缺页中断后,执行了那些操作?

当一个进程发生缺页中断的时候,进程会陷入内核态,执行以下操作: 
1、检查要访问的虚拟地址是否合法 
2、查找/分配一个物理页 
3、填充物理页内容(读取磁盘,或者直接置0,或者啥也不干) 
4、
建立映射关系(虚拟地址到物理地址) 
重新执行发生缺页中断的那条指令 
如果第3步,需要读取磁盘,那么这次缺页中断就是majflt,否则就是minflt。 

内存分配的原理

从操作系统角度来看,进程分配内存有两种方式,分别由两个系统调用完成:brk和mmap(不考虑共享内存)。

1、brk是将数据段(.data)的最高地址指针_edata往高地址推;

2、mmap是在进程的虚拟地址空间中(堆和栈中间,称为文件映射区域的地方)找一块空闲的虚拟内存

     这两种方式分配的都是虚拟内存,没有分配物理内存在第一次访问已分配的虚拟地址空间的时候,发生缺页中断,操作系统负责分配物理内存,然后建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系。


在标准C库中,提供了malloc/free函数分配释放内存,这两个函数底层是由brk,mmap,munmap这些系统调用实现的。


下面以一个例子来说明内存分配的原理:

情况一、malloc小于128k的内存,使用brk分配内存,将_edata往高地址推(只分配虚拟空间,不对应物理内存(因此没有初始化),第一次读/写数据时,引起内核缺页中断,内核才分配对应的物理内存,然后虚拟地址空间建立映射关系),如下图:

内存分配的原理__进程分配内存有两种方式,分别由两个系统调用完成:brk和mmap(不考虑共享内存)。 - 无影 - 专注、坚持、思索
 
1、进程启动的时候,其(虚拟)内存空间的初始布局如图1所示。
      其中,mmap内存映射文件是在堆和栈的中间(例如libc-2.2.93.so,其它数据文件等),为了简单起见, 省略了内存映射文件。
      _edata指针(glibc里面定义)指向数据段的最高地址。 
2、
进程调用A=malloc(30K)以后,内存空间如图2:
      malloc函数会调用brk系统调用,将_edata指针往高地址推30K,就完成虚拟内存分配。
      你可能会问: 只要把_edata+30K就完成内存分配了?
      事实是这样的,_edata+30K只是完成虚拟地址的分配, A这块内存现在还是没有物理页与之对应的, 等到进程第一次读写A这块内存的时候,发生缺页中断,这个时候,内核才分配A这块内存对应的物理页。 也就是说,如果用malloc分配了A这块内容,然后从来不访问它,那么,A对应的物理页是不会被分配的。 
3、
进程调用B=malloc(40K)以后,内存空间如图3。

情况二、malloc大于128k的内存,使用mmap分配内存,在堆和栈之间找一块空闲内存分配(对应独立内存,而且初始化为0),如下图:

内存分配的原理__进程分配内存有两种方式,分别由两个系统调用完成:brk和mmap(不考虑共享内存)。 - 无影 - 专注、坚持、思索
4、进程调用C=malloc(200K)以后,内存空间如图4:
      默认情况下,malloc函数分配内存,如果请求内存大于128K(可由M_MMAP_THRESHOLD选项调节),那就不是去推_edata指针了,而是利用mmap系统调用,从堆和栈的中间分配一块虚拟内存
      这样子做主要是因为::
      brk分配的内存需要等到高地址内存释放以后才能释放(例如,在B释放之前,A是不可能释放的,这就是内存碎片产生的原因,什么时候紧缩看下面),而mmap分配的内存可以单独释放。
      当然,还有其它的好处,也有坏处,再具体下去,有兴趣的同学可以去看glibc里面malloc的代码了。 
5、进程调用D=malloc(100K)以后,内存空间如图5;
6、进程调用free(C)以后,C对应的虚拟内存和物理内存一起释放。
内存分配的原理__进程分配内存有两种方式,分别由两个系统调用完成:brk和mmap(不考虑共享内存)。 - 无影 - 专注、坚持、思索
7、进程调用free(B)以后,如图7所示:
        B对应的虚拟内存和物理内存都没有释放,因为只有一个_edata指针,如果往回推,那么D这块内存怎么办呢
当然,B这块内存,是可以重用的,如果这个时候再来一个40K的请求,那么malloc很可能就把B这块内存返回回去了。 
8、进程调用free(D)以后,如图8所示:
        B和D连接起来,变成一块140K的空闲内存。
9、默认情况下:
       当最高地址空间的空闲内存超过128K(可由M_TRIM_THRESHOLD选项调节)时,执行内存紧缩操作(trim)。在上一个步骤free的时候,发现最高地址空闲内存超过128K,于是内存紧缩,变成图9所示。

这篇关于内存分配的原理__进程分配内存有两种方式,分别由两个系统调用完成:brk和mmap(不考虑共享内存)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/960225

相关文章

Java内存泄漏问题的排查、优化与最佳实践

《Java内存泄漏问题的排查、优化与最佳实践》在Java开发中,内存泄漏是一个常见且令人头疼的问题,内存泄漏指的是程序在运行过程中,已经不再使用的对象没有被及时释放,从而导致内存占用不断增加,最终... 目录引言1. 什么是内存泄漏?常见的内存泄漏情况2. 如何排查 Java 中的内存泄漏?2.1 使用 J

JAVA系统中Spring Boot应用程序的配置文件application.yml使用详解

《JAVA系统中SpringBoot应用程序的配置文件application.yml使用详解》:本文主要介绍JAVA系统中SpringBoot应用程序的配置文件application.yml的... 目录文件路径文件内容解释1. Server 配置2. Spring 配置3. Logging 配置4. Ma

2.1/5.1和7.1声道系统有什么区别? 音频声道的专业知识科普

《2.1/5.1和7.1声道系统有什么区别?音频声道的专业知识科普》当设置环绕声系统时,会遇到2.1、5.1、7.1、7.1.2、9.1等数字,当一遍又一遍地看到它们时,可能想知道它们是什... 想要把智能电视自带的音响升级成专业级的家庭影院系统吗?那么你将面临一个重要的选择——使用 2.1、5.1 还是

Mybatis官方生成器的使用方式

《Mybatis官方生成器的使用方式》本文详细介绍了MyBatisGenerator(MBG)的使用方法,通过实际代码示例展示了如何配置Maven插件来自动化生成MyBatis项目所需的实体类、Map... 目录1. MyBATis Generator 简介2. MyBatis Generator 的功能3

高效管理你的Linux系统: Debian操作系统常用命令指南

《高效管理你的Linux系统:Debian操作系统常用命令指南》在Debian操作系统中,了解和掌握常用命令对于提高工作效率和系统管理至关重要,本文将详细介绍Debian的常用命令,帮助读者更好地使... Debian是一个流行的linux发行版,它以其稳定性、强大的软件包管理和丰富的社区资源而闻名。在使用

Redis主从/哨兵机制原理分析

《Redis主从/哨兵机制原理分析》本文介绍了Redis的主从复制和哨兵机制,主从复制实现了数据的热备份和负载均衡,而哨兵机制可以监控Redis集群,实现自动故障转移,哨兵机制通过监控、下线、选举和故... 目录一、主从复制1.1 什么是主从复制1.2 主从复制的作用1.3 主从复制原理1.3.1 全量复制

Ubuntu系统怎么安装Warp? 新一代AI 终端神器安装使用方法

《Ubuntu系统怎么安装Warp?新一代AI终端神器安装使用方法》Warp是一款使用Rust开发的现代化AI终端工具,该怎么再Ubuntu系统中安装使用呢?下面我们就来看看详细教程... Warp Terminal 是一款使用 Rust 开发的现代化「AI 终端」工具。最初它只支持 MACOS,但在 20

windows系统下shutdown重启关机命令超详细教程

《windows系统下shutdown重启关机命令超详细教程》shutdown命令是一个强大的工具,允许你通过命令行快速完成关机、重启或注销操作,本文将为你详细解析shutdown命令的使用方法,并提... 目录一、shutdown 命令简介二、shutdown 命令的基本用法三、远程关机与重启四、实际应用

Python数据处理之导入导出Excel数据方式

《Python数据处理之导入导出Excel数据方式》Python是Excel数据处理的绝佳工具,通过Pandas和Openpyxl等库可以实现数据的导入、导出和自动化处理,从基础的数据读取和清洗到复杂... 目录python导入导出Excel数据开启数据之旅:为什么Python是Excel数据处理的最佳拍档

Debian如何查看系统版本? 7种轻松查看Debian版本信息的实用方法

《Debian如何查看系统版本?7种轻松查看Debian版本信息的实用方法》Debian是一个广泛使用的Linux发行版,用户有时需要查看其版本信息以进行系统管理、故障排除或兼容性检查,在Debia... 作为最受欢迎的 linux 发行版之一,Debian 的版本信息在日常使用和系统维护中起着至关重要的作