glibc函数malloc的工作原理

glibc提供了malloc函数来动态分配内存，我们只知道调用malloc会返回给我们一个指针，指向一块内存空间或NULL，那么malloc的工作原理是什么呢？

概述：

1.小于128kB的空间，使用内存池（在堆上）或brk或sbrk系统调用在堆上分配

2.大于128kB的空间，使用mmap在文件映射区分配

+-----------------------+ High Address
|       栈 (Stack)      |
|-----------------------|
|                       |
|       映射区域        |
|       (mmap)          |
|                       |
|-----------------------|
|        堆 (Heap)      |
|-----------------------|
|        BSS段          |
|-----------------------|
|        数据段         |
|-----------------------|
|        代码段         |
+-----------------------+ Low Address

详细介绍

内存分配机制

1. 小于128 KB的内存分配：

• 对于小于128 KB的内存分配请求，glibc的内存分配器通常会使用brk系统调用来增加程序的堆（heap）空间。堆是从进程的虚拟内存空间中分配的连续内存区域。通过brk或sbrk系统调用，内存分配器可以调整程序数据段（data segment）的大小，从而增加或减少堆的大小。
• 此外，glibc还可能使用内存池（memory pool，也叫arena）来管理小块内存的分配和释放，以减少频繁的系统调用带来的开销。内存池是一种缓存策略，通过预先分配一大块内存，然后在其中管理多个小块内存的分配。

2. 大于128 KB的内存分配：

• 对于大于128 KB的内存分配请求，glibc的内存分配器通常会使用mmap系统调用。mmap可以直接从内核请求一块内存区域，并将其映射到进程的虚拟地址空间。与brk不同，mmap分配的内存区域不必是连续的，且可以独立于堆的管理。使用mmap的一个好处是，当内存被释放时，内核可以立即回收这些内存。

brk 和 mmap 的区别

• brk/sbrk

• 优点：管理简单，分配连续的内存区域。
• 缺点：堆的大小受限于进程的内存布局，调整堆大小可能会受到其他内存段的限制。

• mmap

• 优点：可以分配任意大小的内存区域，不需要是连续的。适用于大块内存的分配，可以避免堆空间的碎片化。
• 缺点：开销稍大，因为需要进行内核态的系统调用。

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