Как работает malloc?

Ответ 1

Вопрос неправильный.

В типичной ОС существуют понятия виртуальной памяти и физической памяти.

Физическая память существует, как правило, в блоках 4kb, виртуальная память также.

Каждый процесс имеет виртуальную память - для каждого процесса ОС представляет то, что представляется полностью адресуемым диапазоном памяти. Таким образом, на 32-битной машине каждый процесс "думает" имеет 4 ГБ свободной памяти.

На самом деле ОС, за кулисами, занята отображением виртуальной памяти на реальные блоки физической памяти. Так, например, распределение виртуальной памяти 400 Кбит, отображается на 100 физических блоков. Эти физические блоки не обязательно должны быть смежными (и почти никогда - ничто не мешает ему произойти, но на машине, выполняющей какую-либо работу, это очень маловероятно), но распределение виртуальной памяти должно быть условным.

Таким образом, вы все равно можете столкнуться с фрагментацией виртуальной памяти. Здесь процесс запрашивает блок памяти, а в этой конкретной виртуальной карте памяти нет блока условной виртуальной памяти, чтобы запрос мог быть удовлетворен.

Эта проблема - проблема, о которой вы думаете.

Ответ 2

Вызов malloc приведет к успешному возвращению логически непрерывного блока из памяти вашего программного пространства памяти HEAP, равного требуемому размеру, или с ошибкой NULL. "Логически смежный" означает, что с malloc этого типа:

int *ip;      /* Nothing yet allocated (other than the size of a pointer... */
int ar[100];  /* 100 ints on the STACK */
ip = (int *)malloc(sizeof ar);   /* if that succeeds, 100 ints on the HEAP */

выделяет пространство для 100 ints в вашей ОС на HEAP и возвращает либо NULL, либо указатель. Отдельно массив ar выделяется на STACK. Каждый массив будет располагаться со всеми логически рядом друг с другом, по крайней мере, насколько ваша программа знает. Если они не были рядом друг с другом, вы не смогли бы адресовать эти блоки как массивы с нотой array[offset] или с помощью арифметики указателя.

Затем вы можете получить доступ к блокам памяти STACK или HEAP с доступом к массиву или доступа к указателю, как это:

ip[2]=22;        /* the second element of ip[] is '22' */
*(ar+33)=3333;   /* the 33 element of ar is '3333' */

i=*(ip+2);       /* assign using pointers */
j=ar[33];        /* assign using array offsets */

Если блок памяти, возвращаемый malloc, не был логически смежным с вашей программой, вы не смогли бы получить доступ к блоку с помощью арифметики указателей или подстроки массива.

За кулисами ваша ОС может перемещать другие блоки памяти, которые могут перемещаться, использовать виртуальную память, обменивать другие элементы в виртуальную память и т.д., чтобы увеличить HEAP, выделенную вашей программе. Malloc может быть очень быстрым или очень дорогостоящим звонком - в зависимости от того, что еще происходит в этой системе, и пространства HEAP, выделенного для вашей программы.

HEAP-память (эта часть, к которой обращаются динамические системные вызовы в C), потенциально подвержена фрагментации. Предположим, вы выделили количество 20-байтовых блоков, где память становится недостаточной. Теперь изображение, которое вы освобождаете каждый блок блоков. У вас будет сильно фрагментированная память, поскольку блоки, выделенные с помощью malloc, не могут быть перемещены, если они влияют на указатель, который программа использует для доступа к блоку. (Его можно перемещать прозрачно, но не рассчитывайте на то, что он эффективен.)

Если вы делаете много вызовов для HEAP-памяти, подумайте об изменении своей логики, чтобы использовать realloc для увеличения и сокращения памяти по мере необходимости. Большая 'gotcha' с realloc указатель на ваши существующие данные может измениться, поэтому используйте только 1 указатель на него. Realloc позволяет ОС перемещать данные по мере необходимости, чтобы лучше соответствовать тому, что доступно в HEAP. Вы (в основном) избегаете возможности фрагментации памяти таким образом.

Для быстрых блоков из 20 байтов, используйте STACK. Для этого он и есть. Посмотрите этот SO сообщение, чтобы увидеть характеристики STACK vs HEAP.

Прочтите C Guide of calloc, malloc, realloc, бесплатно для получения дополнительной информации.

Ответ 3

Стандарт malloc определяется в стандарте C, чтобы выделить непрерывный блок памяти (по крайней мере, так кажется вам) - он вернет нулевой указатель, если сбой распределения.

На более низком уровне ОС будет делать что-то вроде kotlinski или Blank Xavier. в их соответствующих ответах.

От §7.20.3 стандарта ISO/IEC 9899-1999 C:

Указатель возвращается, если успешно выполняется выравнивание (через calloc, realloc или malloc), поэтому его можно назначить указателю на любой тип объекта, а затем , который используется для доступа такой объект или массив таких объектов в выделенном пространстве (пока пространство явно не освобождено).

Это не так явно, но в параграфе упоминается "доступ к массиву таких объектов", а в стандарте C массивы:

Тип массива описывает смежно выделенный непустой набор объектов с конкретным типом объекта-члена, называемый типом элемента. (от §6.2.5)

Также обратите внимание, что последующие вызовы calloc, realloc и malloc не гарантируют смежности или упорядочения памяти (с уже выделенными другими блоками памяти).

Эта точка также указана в §7.20.3.

Порядок и смежность хранилища, выделенные последовательными вызовами функций calloc, malloc и realloc, не определены.

Ответ 4

Это специфичная для платформы. Для ваших глаз, на программном уровне, он всегда будет представлен в виде malloc: ed 20 смежных байтов. Но на некоторых платформах, например, с выгружаемой памятью, эти байты не обязательно должны быть смежными, когда дело доходит до фактического оборудования - оно будет просто выглядеть.

Ответ 5

Память должна быть непрерывной - то, что вы упоминаете, обычно называется фрагментацией памяти, и это реальная проблема для приложений, освобождая память очень часто.

Ответ 6

Из стандарта ISO C99:

7.20.3 Функции управления памятью
Порядок и смежность хранилища, выделенные последовательными вызовами функций calloc, malloc и realloc, не определены. Указатель возвращается, если выделение успешно выполняется соответствующим образом, чтобы его можно было назначить указателю на любой тип объекта, а затем использовать для доступа к такому объекту или массиву таких объектов в выделенном пространстве (пока пространство явно не освобождено), Время жизни выделенного объекта простирается от выделения до освобождения. Каждое такое распределение должно давать указатель на объект, не связанный с каким-либо другим объектом. Указатель возвращает точки на начало (самый младший адрес байта) выделенного пространства. Если пространство не может быть выделено, возвращается нулевой указатель. Если размер запрашиваемого пространства равен нулю, поведение определяется реализацией: возвращается нулевой указатель или поведение выглядит так, как если бы размер был некоторым ненулевое значение, за исключением того, что возвращаемый указатель не должен использоваться для доступа к объекту.

7.20.3.3 Функция malloc
Функция malloc выделяет пространство для объекта, размер которого определяется size и значение которого неопределенно.

Так, другими словами, если вы попросите пространство для 20-байтового объекта, вы получите достаточно места для размещения 20-байтового объекта.

Ответ 7

Специфическая ОС.

Если это система с виртуальной памятью, malloc просто собирается выделить другую страницу VM и добавить ее в свою кучу, а затем передать вам нужную вам память. Однако фрагмент памяти внутри страницы должен быть смежным. Интересно, что если ваше требование больше размера страницы, то в физической памяти память не должна быть смежной. Две страницы виртуальной машины могут быть смежными, независимо от того, где они находятся в физической памяти.

Если это система, в которой нет виртуальной машины, то да, вся запрошенная память должна быть смежной в физической памяти.

Ответ 8

Скорее всего, это не сработает. malloc не может переупорядочить уже выделенную память, поэтому он не может создать непрерывный свободный блок из 20 байтов. Он может запросить только ОС, чтобы получить другую страницу памяти, из которой она может нарезать 20 байтов + заголовок.