1.C++/C 内存分配-malloc/mmap/syscall深度解析以及性能测试
2.ptmalloc2 源码剖析3 -- 源码剖析
3.求C语言实现的函数函数malloc
4.内存分配不再神秘:深入剖析malloc函数实现原理与机制
C++/C 内存分配-malloc/mmap/syscall深度解析以及性能测试
用于实现动态内存分配函数(如malloc、free等)以及操作系统级的源码源码内存管理。
通常情况下,解析malloc和free会使用brk或sbrk来动态管理进程的函数函数堆空间。它们会请求增加或减少堆空间的源码源码大小,以满足动态内存分配的解析多日k线源码需求。
在理解brk和sbrk时,函数函数需要考虑以下几点:
上面这些都是源码源码理论知识,和实际还有不小的解析差距,大家不要直接记这些理论,函数函数一定要动手自己实践,源码源码看到什么样的解析结果,就是函数函数什么样,看不到的源码源码就后面有机会再补充。
(文章内涉及的解析源码截图或者片段,若您需要源码工程,可以关注后留言找我要。 )
首先在大多数系统中,栈是有固定大小的,当程序启动时系统会为栈分配一块固定大小的内存空间。栈的大小受限于系统的限制,当栈空间用尽时会引发栈溢出(stack overflow)错误。所以栈不存动态增长的可能,所以我们暂时只分析堆的内存分配。
注意这个KB,网红头像制作源码说的是每次沈内存的时候判断,不是说累计情况,比如你每次申请1KB,申请了多次,那肯定超了,此时还是会继续使用brk分配,并不会使用mmap。 只有你一次性申请超过KB是才会调用mmap
场景:申请5次内存,前3次申请小内存,后面2次申请超过KB,看看linux系统分配的内存是怎样的?
代码路径:\usr\cbasics_demo\1_malloc_Demo\4_malloc_demo.cpp
sbrk(0)会返回当前brk指针的位置。具体来说,它返回当前数据段的结束地址,也就是堆的顶端。当你调用sbrk(0)时,它实际上并不会改变brk指针的位置,只是返回当前brk指针的值。
可以看到上面的ptr1到ptr3内存地址很接近,说明是连续的,因为我写的代码申请的都是小内存,只有几个字母。
而从ptr4开始,内存地址完全变了,你可以理解pt3的好用的html源码工具分布还在秦皇岛,而pt4和pt5直接给你放北京了。
他们的区别就在于大小,pt4和pt5是超过KB的,由此可以证明这块的内存分配肯定是不同的。
而继续看Current brk的打印,这里打印的是当前进程内的内存地址:0xc 这很明显和pt1,pt2,pt3 都是在一块区域的,我觉得这足以证明 这三个是用的brk进行分配,而pt4和5没有用brk,因为brk的最新指针地址没有包含他俩。他俩的地址,早就超出了brk的指针范围。
继续看释放哪里的打印,我分别释放了pt1一直到pt5,但是brk的指针地址,一点没变,还是0xc 说明,在底层free函数,不会立即释放内存,brk指针地址并没有改变。 下次申请内存时肯定会重复使用,所以它的性能比较高。
我基于这个demo画了个内存图,方便理解:
malloc函数,会调用brk和mmap(也就相当于syscall),自动登录脚本源码所以性能测试只需触发malloc的小块内存和大块内存分配即可。测试场景如下:
(1)暴力基础测试,不考虑场景,直接测试申请内存效率
(2)触发malloc函数,持续申请小块内存,比如一个list集合或者数组数据,每个内容很小,但是加在一起很大,这时候我们是直接申请一大块内存,还是递增的申请小块内存呢?
(3)触发malloc函数的,大块内存申请,就是内存映射mmap,如果我创建的对象每个都很大,比如里面存储的是业务数据,一个对象就几百兆,那我是直接申请一大块内存做内存映射?还是将该对象拆分掉小块,去申请一堆小块内存呢?
使用malloc申请1万次小块内存,每个内存只有sizeof(char)大小。再使用mmap申请1万次内存,每次申请
*小块内存:0. 秒 大块内存:0. 秒 相差了了倍。
修改限制,不在使用次数,而是固定大小,申请小块内存最大只申请MB,vue生鲜水果商城源码但是需要申请很多次,因为每次只是申请*sizeof(char)。
而大块内存每次申请:2** 但是最大申请MB。
结果:
小块:0. 秒 大块:0.秒 相差了倍
总结:从上面的实验得知,申请大块内存和申请小块内存在性能上并没有太大的区别,根本原因是申请次数,你申请大块内存是为了减少申请次数,并不是申请大块内存就快。同样的小块内存申请也一样,你申请的小,也不能频繁的申请,比如第二个场景,为了MB的空间,小块内存申请了万次,结果性能比申请大块内存相差了倍。
重点是:频率
对于内存分配的性能,通常需要考虑以下几个方面:
尝试分析小块内存申请情况
代码如下:
运行结果如下:
第一次打印的结果:
第二次打印的结果:
根据这些数据,我们可以初步分析内存碎片的情况:
malloc和free是C语言库函数,而在C++中常用的是new和delete,
C里面是用malloc_stats();
而C++则需要用/proc/self/smaps文件来查看进程的内存映射情况 ,但是大块内存无法用这个查看,比如mmap分配的。需要其他内存分析工具
A:他们直接的区别
new和delete是C++中的运算符,而malloc和free是C语言中的函数。它们之间有几个重要的区别:
总的来说,new和delete更适合在C++中使用,因为它们提供了更好的类型安全性、异常处理和对象构造/析构的支持。而在C语言中,或者需要与C代码进行交互时,可以使用malloc和free。
B:单纯性能的对比
从性能和原理的角度来看,new和delete与malloc和free之间也存在一些区别:
总的来说,从性能和原理的角度来看,new和delete在处理类对象和支持面向对象编程方面更加方便和安全,而malloc和free则更适合于处理简单的内存分配和释放操作。
然而在C++中,operator new通常会调用malloc来分配内存,但它并不是直接调用malloc函数。相反,C++标准库会提供operator new的重载版本,以便用户可以自定义内存分配行为。这意味着operator new可以使用不同的内存分配策略,而不仅仅是调用malloc。
因此,尽管new操作符在底层可能会使用operator new来执行内存分配,而operator new可能会使用malloc来分配内存,但new操作符并不会直接调用malloc函数。这种分层的设计使得C++的内存分配更加灵活,并且允许用户自定义内存分配策略。
最后这个总结我没法证明,毕竟还没看new的源码,现在查询到的资料看底层最终还是会到c的malloc函数上。
编译:g++ -o 5_2_pmTest_malloc_demo.o 5_2_pmTest_malloc_demo.cpp -lrt
运行: ./5_2_pmTest_malloc_demo.o
运行结果:可以看到C++并没有多太多。
C malloc and free time: 0. seconds
C++ new and delete time: 0. seconds
ptmalloc2 源码剖析3 -- 源码剖析
文章内容包含平台配置、malloc_state、arena实例、new_arena、arena_get、arena_get2、heap、new_heap、grow_heap、heap_trim、init、malloc_hook、malloc_hook_ini、ptmalloc_init、malloc_consolidate、public_mALLOc、sYSMALLOc、freepublic_fREe、systrim等关键模块。
平台配置为 Debian AMD,使用ptmalloc2作为内存分配机制。
malloc_state 表征一个arena,全局只有一个main_arena实例,arena实例通过malloc_init_state()函数初始化。
当线程尝试获取arena失败时,通过new_heap获取内存区域,构建非main_arena实例。
arena_get和arena_get2分别尝试线程的私有实例和全局arena链表获取arena,若获取失败,则创建new_arena。
heap表示mmap映射连续内存区域,每个arena至少包含一个heap,且起始地址为HEAP_MAX_SIZE整数倍。
new_heap尝试mmap映射内存,实现内存对齐,确保起始地址满足要求。
grow_heap用于内存扩展与收缩,依据当前heap状态调用mprotect或mmap进行操作。
heap_trim释放heap,条件为当前heap无已分配chunk或可用空间不足。
init阶段,通过malloc_hook、realloc_hook和__memalign_hook函数进行内存分配。
malloc_consolidate合并fastbins和unsortedbin,优化内存分配。
public_mALLOc作为内存分配入口。
sYSMALLOc尝试系统申请内存,实现内存分配。
freepublic_fREe用于释放内存,针对map映射内存调用munmap,其他情况归还给对应arena。
systrim使用sbrk归还内存。
求C语言实现的malloc
C程序在运行程序前都会先运行 C/C++运行库 初始化环境,其中就包括了初始化MALLOC函数
这个函数的实现可以查看源代码,一般SDK里都有,函数名忘记了,按GUI/CUI ,ANSI/UNICODE 一共四种
内存分配不再神秘:深入剖析malloc函数实现原理与机制
内存是计算机中至关重要的资源,CPU仅能直接读取内存中的数据。内存分配有三种方式:malloc函数、new和calloc函数。malloc函数用于在内存中找一片指定大小的空间,返回该空间的首地址。了解malloc相关的几个函数,包括malloc、void*和free()函数。malloc分配的内存大小至少为参数所指定的字节数,返回一个指向可用内存起始位置的指针,多次调用malloc所分配的地址不能有重叠部分。malloc和free是配对使用的,释放内存时只能释放一次,释放空指针不会出错。new函数返回指定类型的指针,并自动计算所需大小。calloc函数用于在堆区申请动态内存空间,返回类型为空指针,参数包括元素个数和每个元素的字节大小。realloc函数用于为已分配的内存块增加或减少内存大小,保留原始内容。free函数用于释放由malloc、calloc或realloc分配的内存。在使用这些函数时,合理地分配和释放内存是非常重要的。通过了解内存分配的原理,可以更有效地管理计算机资源,避免内存泄漏等问题。为了更深入地学习Linux内核技术,可以加入技术交流群并获取学习资源,获取Linux内核源码资料文档和视频资料。