标签：单向链表 逻辑 nis 应用 重用 har cpu vmalloc asi
malloc/free简化实现；malloc 和 sbrk 关系；虚拟内存机制。一个内存管理 C 语言部分讲，UNIX部分讲，Linux部分还讲，死磕到底！！
typedef struct mem_control_block
{
size_t size; //本块大小
bool free; //空闲状态
struct mem_control_block *next; //后块指针
}MCB;
MCB *g_top = NULL; //栈顶指针void* my_malloc (size_t size)
{
MCB* mcb;
for (mcb = g_top; mcb; mcb = mcb->next)
if (mcb->free && mcb->size >= size)
break;
if (! mcb)
{
mcb = sbrk (sizeof (MCB) + size);
if (mcb == (void*)-1)
return NULL;
mcb->size = size;
mcb->next = g_top;
g_top = mcb;
}
mcb->free = false;
return mcb + 1;
}void* my_malloc (size_t size)函数的形参size代表要申请的存储空间的字节数。
MCB* mcb;
for (mcb = g_top; mcb; mcb = mcb->next)
if (mcb->free && mcb->size >= size)
break;遍历内存控制块链表，寻找大小足够的空闲块进行分配。其中，g_top是内存控制块链表第一个结点的指针，而以下代码：if (mcb->free && mcb->size >= size)
break;当mcb->free为真时，代表该内存控制块没有被进程使用。当mcb->size >= size为真时，代表该内存控制块内的空间字节数大于等于所申请的空间字节数。当两个条件同时为真时，表示该内存控制块内的空间可以被分配给进程使用。 if (! mcb)
{
mcb = sbrk (sizeof (MCB) + size);
if (mcb == (void*)-1)
return NULL;
mcb->size = size;
mcb->next = g_top;
g_top = mcb;
}当内存控制块链表中找不到大小足够的空闲块进行分配时，分配新的足量内存并将其控制块压入链表栈。其中，以下代码： mcb = sbrk (sizeof (MCB) + size);
if (mcb == (void*)-1)
return NULL;使用sbrk函数分配新的足量内存。mcb->free = false;将mcb指向的内存控制块声明为已被分配。
return mcb + 1;mcb + 1等效于mcb + 1 * sizeof(MCB)，即跳过内存控制块所占的空间，返回可以使用的空间地址。
void my_free (void* ptr)
{
if (ptr)
{
MCB* mcb = (MCB*)ptr - 1;
mcb->free = true;
for (mcb = g_top; mcb->next; mcb = mcb->next)
if (! mcb->free)
break;
if (mcb->free)
{
g_top = mcb->next;
brk (mcb);
}
else if (mcb != g_top)
{
g_top = mcb;
brk ((void*)mcb + sizeof (MCB) + mcb->size);
}
}
}void my_free (void* ptr)函数形参为要释放的存储空间地址。
上述代码中，以下代码：
if (ptr)如果该地址为空，则什么都不做，直接退出。
MCB* mcb = (MCB*)ptr - 1;(MCB*)ptr - 1等效于(MCB*)ptr – 1 * sizeof(MCB)，即指向内存控制块的第一个字节的地址。
mcb->free = true;将该内存控制块标记为空闲，即进程不再使用它了。
for (mcb = g_top; mcb->next; mcb = mcb->next)
if (! mcb->free)
break;遍历内存控制块链表。其中，g_top是内存控制块链表第一个结点的指针，而以下代码： if (! mcb->free)
break;在内存控制块链表中找到进程正在使用的第一个内存控制块结点。 if (mcb->free)
{
g_top = mcb->next;
brk (mcb);
}当内存控制块链表中只有一个结点时，删除该节点。 else if (mcb != g_top)
{
g_top = mcb;
brk ((void*)mcb + sizeof (MCB) + mcb->size);
}将靠近栈顶的连续空闲块及其内存控制块一并释放。#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
#include <unistd.h>
//内存控制块
typedef struct mem_control_block
{
size_t size; // 本块大小
bool free; // 空闲标志
struct mem_control_block* next; // 后块指针
} MCB;
//单向链表栈
MCB* g_top = NULL;//栈顶指针
//malloc 函数的实现
void* my_malloc (size_t size)
{
MCB* mcb;
for (mcb = g_top; mcb; mcb = mcb->next)
if (mcb->free && mcb->size >= size)
break;
if (! mcb)
{
mcb = sbrk (sizeof (MCB) + size);
if (mcb == (void*)-1)
return NULL;
mcb->size = size;
mcb->next = g_top;
g_top = mcb;
}
mcb->free = false;
return mcb + 1;
}
//free 函数的实现
void my_free (void* ptr)
{
if (ptr)
{
MCB* mcb = (MCB*)ptr - 1;
mcb->free = true;
for (mcb = g_top; mcb->next; mcb = mcb->next)
if (! mcb->free)
break;
if (mcb->free)
{
g_top = mcb->next;
brk (mcb);
}
else if (mcb != g_top)
{
g_top = mcb;
brk ((void*)mcb + sizeof (MCB) + mcb->size);
}
}
}
int main()
{
int *p = my_malloc(sizeof(int));
*p = 10;
printf("%d\n", *p);
my_free(p);
return 0;
}
输出结果：
10#include <malloc.h> size_t malloc_usable_size (void *ptr); 1
这个函数返回调用 malloc 后实际分配的可用内存的大小，如果ptr 为NULL，则为 0
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int alloc_memory (char *p, int size)
{
p = (char*)malloc (size);
if (NULL == p)
perror ("malloc"), exit (1);
printf ("%d\n", malloc_usable_size (p));
}
int main (void)
{
char *p = NULL;
alloc_memory (p, 0);
alloc_memory (p, 10);
alloc_memory (p, 20);
return 0;
} mcb = sbrk (sizeof (MCB) + size);
if (mcb == (void*)-1)
return NULL;使用sbrk函数分配新的足量内存。#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main (void)
{
void *cur = sbrk (0);
printf ("cur 1 = %p\n", cur);
void *ptr = malloc (100);
void *ptr1 = malloc (100);
cur = sbrk (0);
printf ("cur 2 = %p\n", cur);
printf ("ptr = %p\n", ptr);
printf ("ptr1 = %p\n", ptr1);
free (ptr);
free (ptr1);
cur = sbrk (0);
printf ("cur 3 = %p\n", cur);
printf ("ptr = %p\n", ptr);
printf ("ptr1 = %p\n", ptr1);
return 0;
}
输出结果：
cur 1 = 0x8f17000
cur 2 = 0x8f38000
ptr = 0x8f17008
ptr1 = 0x8f17070
cur 3 = 0x8f38000
ptr = 0x8f17008
ptr1 = 0x8f17070大家都知道，进程需要使用的代码和数据都放在内存中，比放在外存中要快很多。问题是内存空间太小了，不能满足进程的需求，而且现在都是多进程，情况更加糟糕。所以提出了虚拟内存，使得每个进程用于3G的独立用户内存空间和共享的1G内核内存空间。（每个进程都有自己的页表，才使得3G用户空间的独立）这样进程运行的速度必然很快了。而且虚拟内存机制还解决了内存碎片和内存不连续的问题。为什么可以在有限的物理内存上达到这样的效果呢？
首先呢，提一个概念，交换空间（swap space），这个大家应该不陌生，在重装系统的时候，会让你选择磁盘分区，就比如说一个硬盘分几个部分去管理。其中就会分一部分磁盘空间用作交换，叫做swap space。其实就是一段临时存储空间，内存不够用的时候就用它了，虽然它也在磁盘中，但省去了很多的查找时间啊。当发生进程切换的时候，内存与交换空间就要发生数据交换一满足需求。所以啊，进程的切换消耗是很大的，这也说明了为什么自旋锁比信号量效率高的原因。
那么我们的程序里申请的内存的时候，linux内核其实只分配一个虚拟内存（ 线性地址），并没有分配实际的物理内存。只有当程序真正使用这块内存时，才会分配物理内存。这就叫做延迟分配和请页机制。释放内存时，先释放线性区对应的物理内存，然后释放线性区；"请页机制"将物理内存的分配延后了，这样是充分利用了程序的局部性原来，节约内存空间，提高系统吞吐；就是说一个函数可能只在物理内存中呆了一会，用完了就被清除出去了，虽然在虚拟地址空间还在。（不过虚拟地址空间不是事实上的存储，所以只能说这个函数占据了一段虚拟地址空间，当你访问这段地址时，就会产生缺页处理，从交换区把对应的代码搬到物理内存上来）
左边是物理地址分配，与实际的CPU相关。4KB的这些都是一些控制器所占有，比如lcdc sd卡，他们的寄存器地址就是这样定死的。但是呢，我们要访问这些寄存器的时候，还是不能直接用，要使用内存管理的规则，使用虚拟地址去访问它，所以在驱动等内核程序中需要使用虚拟地址访问寄存器。如果有人直接使用物理地址访问寄存器，那么唯一的解释就是没有开mmu。不过这样你的进程就没有4G内存可以用了。
物理地址分布：
这是偷的别人的图啦，物理地址有896M直接映射到虚拟地址的内存空间，这是一一对应的映射，只有起始地址不一样，偏移是一样的。这个大小大多是固定的，哪怕你的内存超过一个G，太小了就另外说了。注意：用户区的代码也是放在这段物理地址里面的，就是说物理地址可以进行二次映射。但不管怎么样，这段物理地址都是受内核管理。当你内存很大的时候，超过896M时，剩余的那些内存怎么办呢？这多出来的叫做高端内存，如果你使用vmalloc申请空间，就会在高端内存中分配，如果你使用kmalloc申请空间，就会在小于896的内存中分配。所以还是很讲究的啊！！如果你的程序需要使用高端内存，就要调用内核API来分配，所以高端内存并不是想用就能用的哦。不过通过系统把一些应用常住在高端内存到是个好注意。不过前提是你的内存灰常大啊。
为什么要这样做呢？先看看这里面放些什么？
虚拟地址分布：
关于0-3G用户空间内存的分布：
谈到段式分布，就要说说逻辑地址，线性地址与物理地址的关系：
linux通过段机制把逻辑地址转换为虚拟地址（就是线性地址），再通过页机制把虚拟地址转换为物理地址。所谓分段就是基址不同，偏移一样，比如说32位，一般程序里面都不会使用这么多的位，可以把前12位用作基址，后20位用作偏移，这样在特定段就可以只使用偏移寻址了。寻址很方便，不过linux页基址做的更好。
最后呢再说几个点：
1 线性地址空间：指linux系统中的虚拟地址空间。
2 cpu寻址是属于物理地址。所以在使用cpu寻址前要把地址转换好。
3 物理内存中的高端内存是DDR减去896M后多出来的那一段。虚拟地址里面的高端内存是指用于映射高端内存的虚拟地址空间。不过高端内存被映射到用户空间，那就是另外一回事了吧。
4 内核空间是可以访问用户空间的，级别高就是好啊。不过不是通过虚拟地址直接访问的。
我有种预感，我在 CSND 写博客有点写不下去了，编辑器太烂了。初尝 Markdown 编辑器，字体超小，看着都伤眼睛。HTML 编译器，插入代码，各种字体冲突。美化文章布局上，就用去了很多时间。
CSND 博客故障处理，占用工作时间，也就算了。这个一直在用的编辑器这的让人头痛。
标签：单向链表 逻辑 nis 应用 重用 har cpu vmalloc asi
原文地址：http://blog.csdn.net/qq_29350001/article/details/70213602
