【操作系统笔记】内存分配

内存对齐


问题:为什么需要内存对齐呢?

  • 主要原因是为了兼容,为了让程序可以运行在不同的处理器中 ,有很多处理器在访问内存的时候,只能从特定的内存地址读取数据。换个说法就是处理器每次只能从内存取出特定个数字节的数据。

  • 如果不做内存对齐的话,CPU 访问一个变量的值有可能需要跨两个内存块(假设每4字节为一块)就需要访问 2 次,损耗 CPU 性能,内存对齐后,CPU 只需要一次访问就可以读取 4 字节数据。

比如说一次只能读取 4 个字节的数据,那么处理器只能访问的地址必须是 4 的倍数,比如 0x00x40x80x12等等。

如果内存不对齐的话,会有什么影响?

  • 那一个变量的值可能跨两个内存块,那么 CPU 就需要访问两次,损耗 CPU 性能。


关于内存对齐需要知道的事情:

  • 如果程序只是运行在 AMD64 和 x86 处理器上,是不需要考虑内存对齐的

    因为 AMD64 处理器可以读取任何小于等于 8 字节的变量,x86 可以读取任何小于等于 4 字节的变量。

  • 但是,为了使的程序可以兼容其他的处理器,一般都会考虑内存对齐

  • 采用了内存对齐技术,即保证无论 CPU 一次取几个字节(1、2、4、8、16...)只要所取的变量大小小于一次可读取的字节数,就不会访问两次内存。

用户态虚拟内存分配和释放

malloc 和 free

mallocfree 用于程序在用户态 下、申请释放 堆内存,所谓的堆内存 ,其实就是运行时堆区域 的一段虚拟地址空间 。虚拟地址数量也是有限的,不合理分配的话会很快的就用完了,也就发生 OOM 了。

提高虚拟内存的利用率,也就是用过的虚拟地址,释放后,可以重复分配使用。分配和释放的时间复杂度,吞吐率要高。

申请堆内存的方法有两个:

  • ① mmap:通过增加内存映射来申请堆内存
  • ② sbrk: 通过改变 brk 来申请堆内存




mallocfree 的全流程解析:https://www.processon.com/view/link/62384ce70e3e74074cf4ebae

用户态和内核态内存分配

用户态通过mmapmalloc申请分配得到的内存都是虚拟内存地址,只有当 CPU 访问该地址时,发现对应的物理页号不存在,发生缺页异常,此时才会真正的分配物理内存,这是由缺页异常处理程序分配物理页号到虚拟页表来完成的。

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