计算机系统的理解一

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  爱钻牛角尖的毛病又来了。仅仅是因为以前的一个c语言free内存报错。

  我们知道，malloc分配的内存是从堆里获得的，而堆是由操作系统维护的，也就是说，在没有malloc前，内存空间是不属于该进程空间的，malloc函数务必调用了操作系统的系统函数（参考前边linux内存管理heap篇可知，是brk和sbrk）。也就是说，brk和sbrk是linux的系统调用，在没有linux系统之前，是没有这两个函数的。比如我之前写过的DSP裸机驱动，虽然也是用的c语言，但是是不可能有brk和sbrk及malloc函数的。brk和sbrk函数向操作系统申请内存时，操作系统会打破该进程原有的虚拟地址空间（准确的说是增加虚拟地址空间），操作系统负责维护新增的虚拟地址和物理地址的映射（需要硬件MMU等的支持，这里暂不讨论）这时候，申请过的对空间就和该进程空间融合到一起了。内存使用完毕后，调用free函数释放内存时，其实没有被真正的释放，操作系统维护堆内存的方式是通过chunks，free时仅仅是把chunks标记为可用状态（参考上一篇博客），操作系统维护这些chunks是用了一个结构体：

struct mem_control_block { 
    int is_available;    //这是一个标记？ 
    int size;            //这是实际空间的大小 
    };

当我们free时，实质是：

 void free(void *ptr)  
{ 
       struct mem_control_block *free; 
       free = ptr - sizeof(struct mem_control_block); 
       free->is_available = 1; 
       return; 
}

  当该进程下一次通过malloc申请内存时，操作系统首先会检查该进程空间的chunks，如果有chunks可用，就直接使用，否则才会调用brk和sbrk系统调用来重新分配内存，这样做的好处时，可以减少不必要的系统调用，提高效率，因为系统调用是很耗系统资源的。
  由此，再加上我做DSP裸机驱动的经验，可以大概探测出整个计算机硬件和操作系统及编译器之间的联系：硬件支持二进制指令，通过二进制指令开发出一种程序，这种程序可以翻译我敲进去的会变得代码，这个程序就是汇编编译器。通过汇编语言开发一种程序，这种程序可以把c源码翻译成汇编，再交由汇编编译器翻译成为二进制，这种程序就是c语言编译器。通过c语言编译器开发一种程序，这种程序可以对计算机硬件进行管理，并且可以有多进程的功能……这种程序就是计算机操作系统比如linux。开发linux时可能也是有一个c语言的主函数，但是不会有brk和sbrk、malloc、free、printf等等这些函数，因为这些函数都是起作用在linux之上的。那为什么我们在linux系统之写c源码时，就可以使用printf、brk、malloc等等这些函数了呢？开发linux系统时不能使用，现在为什么就能使用了呢？问这个问题的人还是混淆了编译器和库（也就是写好的调用，写好的程序）的概念。linux操作系统上的编译器还是开发那个开发linux系统时的编译器，功能一点都没有增加，但是多了许多库可以调用。就好比，一个人来到一个荒漠，他通过自己的能力构建了一个豪华别墅，并且把别墅预留了很多接线口，水龙头等，虽然说，人还是那个人，还是只有能的功能，但是这时候他已经可以通过。

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原文地址：http://www.cnblogs.com/patience/p/3819781.html