系統大全為您提供本文介紹malloc的實現及其malloc在進行堆擴展操作，并分析了虛擬地址到物理地址是如何實現映射關系。ordeder原創，原文鏈接：http://blog.csdn.net/ordeder/article/details/416545091背景知識該結構是由進程task_struct.mm_struct進行管理的mm_struct的定義如下：??123456789101112131415structmm_struct{??structvm_area_struct*mmap;?/*listofVMAs*/??...??pgd_t*pgd;????????//用于地址映射??atomic_tmm_users;?????/*Howmanyuserswithuserspace?*/??atomic_tmm_count;?????/*Howmanyreferencesto"structmm_struct"(userscountas1)*/??intmap_count;???????/*numberofVMAs*/??...??//描述用戶空間的段分布：數據段，代碼段，堆棧段??unsignedlongstart_code,end_code,start_data,end_data;??unsignedlongstart_brk,brk,start_stack;??unsignedlongarg_start,arg_end,env_start,env_end;??unsignedlongRSS,total_vm,locked_vm;??...};??結構中的startxxx與endxxx描述了進程用戶空間數據段的所在地址。對于堆空間而言，start_brk是堆空間的起始地址，堆是向上擴展的。對于進程堆空間的擴展，brk來記錄堆的頂部位置。而進程動態申請的空間的已經使用到的地址空間（正在使用的變量）是被映射的，這些地址空間記錄于鏈表structvm_area_struct*mmap中。1.2地址映射虛擬地址和物理地址的映射：http://blog.csdn.net/ordeder/article/details/41630945?2malloc和freemalloc用于用戶空間堆擴展的函數接口。該函數是C庫，屬于封裝了相關系統調用（brk()）的glibc庫函數。而不是系統調用（系統可沒有sys_malloc()。如果談及malloc函數涉及的系統內核的那些操作，那么總體可以分為用戶空間層面和內核空間層面來討論。2.1用戶層?malloc的源碼可見http://repo.or.cz/w/glibc.git/blob/HEAD:/malloc/malloc.cMalloc和free是在用戶層工作的，該接口為用戶提供一個比較方便管理堆的接口。它的主要工作是維護一個空閑的堆空間緩沖區鏈表。該緩沖區可以用如下數據結構表述：??123456789structmalloc_chunk{??INTERNAL_SIZE_Tprev_size;/*SizeofprevIoUschunk(iffree).*/??INTERNAL_SIZE_Tsize;/*Sizeinbytes,includingoverhead.*/??structmalloc_chunk*fd;/*doublelinks--usedonlyiffree.*/??structmalloc_chunk*bk;??/*Onlyusedforlargeblocks:pointertonextlargersize.*/??structmalloc_chunk*fd_nextsize;/*doublelinks--usedonlyiffree.*/??structmalloc_chunk*bk_nextsize;};?簡化版的空閑緩沖區鏈表如下所示，圖中head即為上述的malloc_chunk結構。而緊接著的size大小的內存區間是該chunk對應的數據區。?【malloc】每當進程調用malloc，首先會在該堆緩沖區尋找足夠大小的內存塊分配給進程（選擇緩沖區中的那個塊就有首次命中和最佳命中兩種算法）。如果freechunklist已無法滿足需求的chunk時，那么malloc會通過調用系統調用brk()將進程空間的堆進行擴展，在新擴展的堆空間上建立一個新的chunk并加入到freelist中，這個過程相當于進程批量想系統申請一塊內存（大小可能比實際需求大得多）。malloc返回的地址是chunk的中用于存儲數據的首地址，即：?chunk?+?sizeof（chunk）一個簡單的首次命中malloc的偽代碼：???1234567891011chunk?free_listmalloc(size)??foreach(chuck?in?freelist)????if(chunk.size?>size)??????return?chunk?+?sizeof(chunk)??//空閑緩沖區無法滿足需求，那么像系統批發內存??add?=?sys_brk(brk+(size?+sizeof(chunk)))??newchunk?=?(chunk)add;??newchunk.size?=?size;??...??return?newchunk?+?sizeof(newchunk)【free】free操作是對堆空間的回收，回收的區塊并不是立即返還給內核。而是將區塊對應的chunk“標記”為空閑，加入空閑隊列中。當然，如果空閑隊列中出現相鄰地址的chunk，那么可以考慮合并，已解決內存的碎片化，一遍滿足之后的大內存申請的需求。一個簡單的free偽代碼：將釋放的地址空間加入空閑鏈表中??123free(add)??pchunk?=?add?-?sizeof(chunk)??insert_to_freelist(pchunk)2.2?內核層?上文中，malloc的空閑chunk列表無法滿足用戶的需求，那么要通過sys_brk()進行堆的擴展，這時候才真正算得上進入內核空間。sys_brk()涉及的主要操作有：1.?在mm_struct中的堆上界brk延伸到newbrk：即申請一塊vma，vma.start=brk?vma.end=newbrk2.?為該虛擬區間塊進行物理內存的映射：從虛擬空間vma.start~vma.end中的每個內存頁進行映射：?12345addr?=?vma.startdo{??handle_mm_fault(mm,vma,addr,...)??addr?+=?PAGESIZE}while(addr>PAGE_SHIFT，同理，index后面補上12個0就是物理頁表的首地址。3.通過物理頁號，我們可以再內核中找到該物理頁的描述的指針mem_map[index]。Page結構可以參考http://blog.csdn.net/ordeder/article/details/41630945。?3總結?1Malloc和free怎么看著就是個用戶空間的內存池。特別free的實現。2堆的擴展依據brk的移動。Vm_area記錄了虛擬空間中已使用的地址塊。3每個進程的虛擬地址到物理地址的映射是有進程mm.pgd決定的，在該結構中記錄了虛擬頁號到物理頁號的映射關系。參考內核源碼情景分析http://blog.csdn.net/kobbee9/article/details/7397010http:///lib/view/open1409716051963.html附錄??123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110#definepgd_offset(mm,address)((mm)->pgd+pgd_index(address))inthandle_mm_fault(structmm_struct*mm,structvm_area_struct*vma,??unsignedlongaddress,intwrite_access){??intret=-1;??pgd_t*pgd;??pmd_t*pmd;???pgd=pgd_offset(mm,address);??pmd=pmd_alloc(pgd,address);???if(pmd){????pte_t*pte=pte_alloc(pmd,address);//pmd是空的，所以返回的是pgd[address]的pte項目????if(pte)??????ret=handle_pte_fault(mm,vma,address,write_access,pte);??}??returnret;}?//32位地址，pmd沒有意義externinlinepmd_t*pmd_alloc(pgd_t*pgd,unsignedlongaddress){??return(pmd_t*)pgd;}?//為address地址所在的頁構建pte索引項externinlinepte_t*pte_alloc(pmd_t*pmd,unsignedlongaddress){??address=(address>>PAGE_SHIFT)&(PTRS_PER_PTE-1);??if(pmd_none(*pmd)){????pte_t*page=get_pte_fast();?????if(!page)??????returnget_pte_slow(pmd,address);????pmd_set(pmd,page);????returnpage+address;??}??if(pmd_bad(*pmd)){????__bad_pte(pmd);????returnNULL;??}??return(pte_t*)__pmd_page(*pmd)+address;}?//為address對應的頁面分配物理頁面staticinlineinthandle_pte_fault(structmm_struct*mm,??structvm_area_struct*vma,unsignedlongaddress,??intwrite_access,pte_t*pte){??pte_tentry;??entry=*pte;??if(!pte_present(entry)){????...????if(pte_none(entry))??????returndo_no_page(mm,vma,address,write_access,pte);//缺頁，分配物理頁????...??}??...??return1;}??staticintdo_no_page(structmm_struct*mm,structvm_area_struct*vma,??unsignedlongaddress,intwrite_access,pte_t*page_table){??structpage*new_page;??pte_tentry;??//匿名（對于虛擬存儲空間而言）的物理映射??if(!vma->vm_ops||!vma->vm_ops->nopage)????returndo_anonymous_page(mm,vma,page_table,write_access,address);??//一下是文件的缺頁處理，在此不表??...}?//通過page指針，即可計算page的物理地址：物理地址=(page指針-mem_map)*頁大小+物理內存起始地址/*?*匿名映射，用于虛存到物理內存?*/staticintdo_anonymous_page(structmm_struct*mm,structvm_area_struct*vma,pte_t*page_table,intwrite_access,unsignedlongaddr){??structpage*page=NULL;??pte_tentry=pte_wrprotect(mk_pte(ZERO_PAGE(addr),vma->vm_page_prot));??if(write_access){????page=alloc_page(GFP_HIGHUSER);//從高端內存中分配內存????if(!page)??????return-1;????clear_user_highpage(page,addr);????entry=pte_mkwrite(pte_mkdirty(mk_pte(page,vma->vm_page_prot)));????mm->RSS++;????flush_page_to_ram(page);??}??set_pte(page_table,entry);//*page_table=entry;??/*Noneedtoinvalidate-itwasnon-presentbefore*/??update_mmu_cache(vma,addr,entry);??return1;?/*Minorfault*/}?#define__MEMORY_START???CONfig_MEMORY_START//物理內存中用于動態分配使用的起始地址voidflush_page_to_ram(structpage*pg){??unsignedlongphys;???/*Physicaladdressofthispage*/??phys=(pg-mem_map)*PAGE_SIZE+__MEMORY_START;??__flush_page_to_ram(phys_to_virt(phys));}?#define__virt_to_phys(vpage)((vpage)-PAGE_OFFSET+PHYS_OFFSET)#define__phys_to_virt(ppage)((ppage)+PAGE_OFFSET-PHYS_OFFSET)??以上就是系統大全給大家介紹的如何使的方法都有一定的了解了吧，好了，如果大家還想了解更多的資訊，那就趕緊點擊系統大全官網吧。本文來自系統大全http:///如需轉載請注明！推薦：win7純凈版