在malloc和免費通話期間如何分配和釋放物理頁面？

Question

Malloc從名為Heap的進程的一個虛擬內存區域分配內存。 堆的初始大小是什么（在執行開始之后和任何malloc調用之前）？ 比如說，如果Heap從X虛擬地址開始並以Y虛擬地址結束，我想知道X和Y之間的區別。

我已經閱讀了之前提出的重復問題的答案。

malloc（）和free（）如何工作？

寫的答案都在虛擬地址的上下文中，但我想知道如何分配物理頁面。 我不確定，但我認為這個初始大小（XY）在操作系統中沒有相應的頁表條目。 如果我錯了，請糾正我。

現在，假設有一個請求分配（和使用）10個字節的內存，將分配一個新頁面。 那么，從這個頁面或每次分配新頁面時，是否滿足所有進一步的內存請求？ 誰來決定這個？

當釋放內存時（使用free（）），那么在什么時候這個分配的物理頁面將被釋放並標記為可用？ 據我所知，虛擬地址和物理頁面不會立即釋放，因為釋放的內存量可能非常少。 那么在什么時候物理和虛擬地址之間的相應關聯將被終止？

如果我的問題聽起來很奇怪，我很抱歉。 我只是一個新手，並試圖了解內部。

Answer 1

通常，您可以將物理頁面視為臨時分配。 如果程序正在使用的內存交換到磁盤，那么任何時候都可以刪除虛擬地址和物理RAM之間的關聯，並將該物理RAM用於其他內容。

如果程序稍后訪問該內存，則操作系統將為該虛擬頁面分配新的物理頁面，將數據從頁面文件復制回物理內存，並完成內存訪問。

因此，要回答您的問題，當您的程序不再使用其中或之前的分配時，可能會將物理頁面標記為可用。 或之后，因為malloc並不總是費心將內存釋放回操作系統。 你真的無法預測這些東西。

這一切都發生在內核中，從C的角度來看它是不可見的，就像從C中看不到內存的CPU緩存一樣。在你的程序由於交換而大量減速之前，它是不可見的。 顯然，如果你禁用交換文件，那么事情會發生一些變化：由於交換而導致程序運行速度變慢，某些程序無法分配內存，或者某些東西會被OOM殺手殺死。

Answer 2

如何在每個操作系統，Linux，Mac，Windows等中分配頁面是不同的。在大多數/所有實現中，都有一個內核機制來定義它的分配方式。

http://www.linuxjournal.com/article/1133

Answer 3

操作系統如何處理這一點與操作系統有關。 在大多數（如果不是全部）情況下，操作系統至少會在其表中注意到存在分配。 您可能會對以下事實感到困惑：在某些情況下某些操作系統在訪問之前不會提交內存。 （關鍵字：overcommit;如果你想要我的意見，它應該是每個進程設置，而不是全局設置，並默認為提交內存）。

現在將釋放的內存返回給操作系統，這取決於分配器。 它不能返回任何小於頁面的內容，因此當頁面包含已分配的內存時，將不會返回它。 根據它的分配方式，可能還有其他限制因素; 例如，當傳統上在Unix上使用sbreak()時，你只能返回最新分配的頁面（即如果你返回一個頁面，也會返回之后分配的所有頁面）。 Unix上更現代的方法使用mmapped內存用於大塊，理由是可以按需要返回mmapped內存。 對於小的分配塊，通常認為不值得檢查中間的頁面是否可以返回，因此不使用mmapped內存。