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1、内存分配的原理_Linux 虚拟内存管理(glibc)_Linux 的虚 拟内存管理有几个关键概念_Linux 虚拟地址空间如何分布_malloc 和 free 是如何分配和释放内存_如何查看堆内内存的碎片情况_既然堆内内存 brk 和 sbrk 不能直接释放，为什么不全部使用 mmap 来分配， munmap 直接释放呢 2013-02-18 21:03:06| 分类： Linux 系统编程|举报| 字号 订阅Linux 虚拟内存管理(glibc)在使用 mysql 作为 DB 开发的兑换券系统中，随着分区表的不断创建，发现 mysqld 出现了疑似“内存泄露” 现象，但通过 valgrin
2、d 等工具检测后，并没发现类似的问题(最终原因是由于 glibc 的内存碎片造成)。因此，需要深入学习 Linux 的虚拟内存管理方面的内容来解 释这个现象；Linux 的虚拟内存管理有几个关键概念： 1、每个进程都有独立的虚拟地址空间，进程访问的虚拟地址并不是真正的物理地址； 2、虚拟地址可通 过每个进 程上的页表( 在每个进程的内核虚 拟地址空间)与物理地址进行映射，获得真正物理地址； 3、如果虚拟 地址对应物理地址不在物理内存中，则产生缺页中断，真正分配物理地址，同时更新进程的页表；如果此时物理内存已耗尽，则根据内存替换算法淘汰部分页面至物理磁盘中。 基于以上认识，进行了如下分析：一、L
3、inux 虚拟地址空间如何分布？Linux 使用虚拟地址空间，大大增加了进程的寻 址空间，由低地址到高地址分别为： 1、只读段： 该部分空间只能 读，不可写；( 包括： 代码段、rodata 段(C 常量字符串和#define 定义 的常量) )2、数据段： 保存全局变量、静 态变量的空间； 3、堆 ：就是平 时所说的 动态内存， malloc/new 大部分都来源于此。其中堆顶的位置可通过函数 brk 和 sbrk 进行动态调整。 4、文件映射区域 ：如动态库 、共享内存等映射物理空间的内存，一般是mmap 函数所分配的虚拟地址空间。 5、栈：用于 维护函数调用的上下文空 间，一般为 8M
4、，可通过 ulimit s 查看。 6、内核虚拟 空间：用户代 码不可见的内存区域，由内核管理( 页表就存放在内核虚拟空间) 。下图是 32 位系统典型的虚 拟地址空间分布(来自深入理解计算机系统)。 32 位系统有 4G 的地址空间:其中 0x080480000xbfffffff 是用户空间，0xc00000000xffffffff 是内核空间，包括内核代码和数据、与进程相关的数据结构（如页表、内核栈）等。另外，%esp 执行栈顶，往低地址方向变化；brk/sbrk 函数控制堆 顶_edata 往高地址方向 变化。64 位系统结果怎样呢？ 64 位系统是否拥有 264 的地址空间吗？ 事实上
5、， 64 位系统的虚 拟地址空间划分发生了改 变： 1、地址空间 大小不是 232，也不是 264，而一般是 248。因为并不需要 264 这么大的寻址空间，过大空间只会导致资源的浪费。64 位 Linux 一般使用 48 位来表示虚拟地址空 间，40 位表示物理地址，这可通过 /proc/cpuinfo 来查看 address sizes : 40 bits physical, 48 bits virtual 2、其中，0x00000000000000000x00007fffffffffff 表示用户空间， 0xFFFF800000000000 0xFFFFFFFFFFFFFFFF 表示内核
6、空间，共提供 256TB(248) 的寻址空间。这两个区间的特点是，第 47 位与 4863 位相同，若 这些位为 0 表示用户空间，否则表示内核空间。 3、用户空间 由低地址到高地址仍然是 只读段、数据段、堆、文件映射区域和栈；二、malloc 和 free 是如何分配和释放内存？参看博客：http:/ ？glibc 提供了以下结构和接口来查看堆内内存和 mmap 的使用情况。 struct mallinfo int arena; /* non-mmapped space allocated from system */ int ordblks; /* number of free chun
7、ks */ int smblks; /* number of fastbin blocks */ int hblks; /* number of mmapped regions */ int hblkhd; /* space in mmapped regions */ int usmblks; /* maximum total allocated space */ int fsmblks; /* space available in freed fastbin blocks */ int uordblks; /* total allocated space */ int fordblks; /
8、* total free space */ int keepcost; /* top-most, releasable (via malloc_trim) space */ ;/*返回 heap(main_arena)的内存使用情况，以 mallinfo 结构返回 */ struct mallinfo mallinfo();/* 将 heap 和 mmap 的使用情况输出到 stderr*/ void malloc_stats();可通过以下例子来验证 mallinfo 和 malloc_stats输出结果。 #include #include #include #include #inclu
9、de #include size_t heap_malloc_total, heap_free_total,mmap_total, mmap_count;void print_info() struct mallinfo mi = mallinfo(); printf(count by itself:n); printf(theap_malloc_total=%lu heap_free_total=%lu heap_in_use=%luntmmap_total=%lu mmap_count=%lun, heap_malloc_total*1024, heap_free_total*1024,
10、heap_malloc_total*1024-heap_free_total*1024,mmap_total*1024, mmap_count); printf(count by mallinfo:n); printf(theap_malloc_total=%lu heap_free_total=%lu heap_in_use=%luntmmap_total=%lu mmap_count=%lun, mi.arena, mi.fordblks, mi.uordblks, mi.hblkhd, mi.hblks); printf(from malloc_stats:n); malloc_stat
11、s(); #define ARRAY_SIZE 200 int main(int argc, char* argv) char* ptr_arrARRAY_SIZE; int i; for( i = 0; i ) 来修改这个临界值。五、如何查看进程的缺页中断信息？ 可通过以下命令查看缺页中断信息 ps -o majflt,minflt -C ps -o majflt,minflt -p 其中: majflt 代表 major fault ，指大错误；minflt 代表 minor fault ，指小 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。其中 majflt 与 minf
12、lt 的不同是:majflt 表示需要读写磁盘，可能是内存对应页面在磁盘中需要load 到物理内存中，也可能是此时物理内存不足，需要淘汰部分物理页面至磁盘中。参看: http:/ 六、除了 glibc 的 malloc/free ，还有其他第三方实现吗？其实，很多人开始诟病 glibc 内存管理的实现，特别是高并发性能低下和内存碎片化问题都比较严重，因此，陆续出现一些第三方工具来替换 glibc 的实现，最著名的当属 google 的 tcmalloc 和 facebook 的jemalloc 。 网上有很多资源，可以自己查(只用使用第三方库，代码不用修改，就可以使用第三方库中的 malloc)。参考资料： 深入理解计算机系统第 10 章 http:/www.kernel.org/doc/Documentation/x86/x86_64/mm.txthttps:/
