对malloc和free的思考

进程的内存布局：

Heap的顶端的限制叫做program break，通过系统调用brk活着sbrk可以想内核申请内存从而改变break，也就是增加或收缩heap的大小。

进程的地址空间所面对的都是虚拟地址，kernel为每个进程维护一个page table，建立了虚拟地址空间的页和物理内存页或swap空间的映射（虚拟内存或物理内存都是以页为单位）。

很重要的一个特点是，虚拟地址空间是连续的！

虚拟内存管理有很多好处：1、进程相互之间或进程与内核之间相互隔离，进程不能操作其他进程的内存空间，更不能操作内核的空间。2、多个进程可以共享内存。 （多个进程执行相同的程序，也就是多个进程的text segment所对应的物理内存是同一份），节约内存。3、进程维护的页表可以更容易的实现内存保护。（标记page table的entry即可）

虚拟内存这块让我想到了，“软件的很多问题都可以靠加一个中间层解决”；o(∩_∩)o 哈哈

下面是一个简单的malloc和free实现，通过系统调用sbrk来实现：

实现细节：

    1、在需要的内存块前面追加一小块空间，来存储当前块的大小（貌似都这样）

    2、维护两个全局变量，managed_memory_start、所维护内存的起始地址

        last_valid_address、所维护内存的最后有效地址，也就是program break

    3、free的实现很简单，标记此块为未用

    4、malloc实现，遍历所维护的内存块，找到合适的就返回，找不到就要求系统分配所要求大小的内存。

参考这篇文章：    http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-memory/index.html

这个简单的内存管理程序有很多缺点：

1、每一次内存不够时，都要调用sbrk系统调用。sbrk系统调用的单位通常是页大小的很多倍（页典型为4K，sbrk调用最小典型为128K，数据来自于tlpi），这样会有效减少系统调用的次数。

2、malloc中的内存大小匹配算法，找到size>=required的块，会有很多浪费（glibc的实现，则会把大块分裂，返回用户需要的，剩余的放到free list中）。

3、malloc的块查找算法，是遍历整个进程空间，效率太低（glibc是双向链表）。

4、mem_control_block的结构中变量is_available只有一位，确是个int类型，占用空间过多（glibc中只有一个size记录块大小，free块时在块中分配两个指针插入到free list双向链表中）。

5、申请的内存并不会返回给内核（glibc在某种情况下，释放的内存在heap的顶端形成一大片连续的区域，并且大小达到一定的数值（比如128K，数据来自tlpi），尽量减少sbrk系统调用的次数）。

前面，后面最重要的文字总结，都是我自己写的，哈哈～～～