使用過c語言的都知道malloc是乙個動態分配記憶體的函式，還可以通過free釋放記憶體空間。
如果我們想分析一下malloc的原始碼，這其實不是一會就能看懂的，但是我們可以討論一下malloc的簡單實現。
在這之前，我們先來看一下虛擬記憶體空間。
虛擬記憶體空間是作業系統實現記憶體管理的一種機制。作業系統為每個程序維護乙個虛擬記憶體空間。作業系統會將虛擬記憶體和實際的物理記憶體進行對映，cpu晶元上叫做儲存器管理單元(memory management unit，mmu)的專用硬體，利用存放在主存中的查詢表來動態翻譯虛擬位址，該錶的內容是由作業系統管理。虛擬記憶體使得使用者感覺記憶體空間時連續的，同時給程序提供獨佔記憶體的假象。
我們可以看到虛擬記憶體空間的頂部是核心管理的記憶體空間，下面則是使用者的記憶體空間，使用者空間無權訪問核心的記憶體空間。
我們可以看到乙個區域，執行時堆。我們可以看到執行時堆上面還有一塊黑色部分，這就是還未對映的記憶體。
在已經對映的記憶體空間結尾有乙個break指標，這個指標下面是對映好的記憶體，可以訪問，上面則是未對映的訪問，不能訪問。可以通過系統呼叫sbrk(位移量)移動brk指標的位置，同時返回brk指標的位置，達到申請記憶體的目。brk(void *addr)系統呼叫可以直接將brk設定為某個位址，成功返回0，不成功返回-1。而rlimit則是限制程序堆記憶體容量的指標。
在作業系統角度來看，分配記憶體有兩種方式，一種是採用推進brk指標來增加堆的有效區域來申請記憶體空間，還有一種是採用mmap是在程序的虛擬位址空間中（堆和棧中間，稱為檔案對映區域的地方）找一塊空閒的虛擬記憶體。這兩種方式都是分配虛擬記憶體，只有當第一次訪問虛擬位址空間時，作業系統給分配物理記憶體空間。
malloc是採用brk的方式來動態分配記憶體。
那麼來談一下空間內配的實現問題：
其中一種是隱式鍊錶，實際上是陣列，malloc分配空間必然有乙個資料結構，允許它來區分邊界，區分已分配和空閒的空間，資料結構中包含乙個頭部資訊和有效載荷，有效載荷的首位址就是malloc返回的位址，可能在尾部還有填充，為了保持記憶體對齊。頭部相當於該資料結構的元資料，其中包含了塊大小和是否是空閒空間的資訊，這樣可以根據頭位址和塊大小的位址推出下乙個記憶體塊的位址，這就是隱式鍊錶。
malloc記憶體分配原理：
malloc基本的實現原理就是維護乙個記憶體空閒鍊錶，當申請記憶體空間時，搜尋記憶體空閒鍊錶，找到適配的空閒記憶體空間，然後將空間分割成兩個記憶體塊，乙個變成分配塊，乙個變成新的空閒塊。如果沒有搜尋到，那麼就會用sbrk()才推進brk指標來申請記憶體空間。
搜尋空閒塊最常見的演算法有：首次適配，下一次適配，最佳適配。
首次適配：第一次找到足夠大的記憶體塊就分配，這種方法會產生很多的記憶體碎片。
下一次適配：也就是說等第二次找到足夠大的記憶體塊就分配，這樣會產生比較少的記憶體碎片。
最佳適配：對堆進行徹底的搜尋，從頭開始，遍歷所有塊，使用資料區大小大於size且差值最小的塊作為此次分配的塊。
合併空閒塊：
在釋放記憶體塊後，如果不進行合併，那麼相鄰的空閒記憶體塊還是相當於兩個記憶體塊，會形成一種假碎片。所以當釋放記憶體後，我們需要將兩個相鄰的記憶體塊進行合併。
顯式空閒鍊錶：
還有一種實現方式則是採用顯示空閒鍊錶，這個是真正的鍊錶形式。在之前的有效載荷中加入了之前前驅和後驅的指標，也可以稱為雙向鍊錶。維護空閒鍊錶的的方式第一種是用後進先出（lifo），將新釋放的塊放置在鍊錶的開始處。另一種方法是按照位址的順序來維護。
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