c语言 malloc函数详解分享！

所以内存地址可以分为页号和页内偏移量。下面以64位机器，4G物理内存，4K页大小为例，虚拟内存地址和物理内存地址的组成如下：

上面是虚拟内存地址，下面是物理内存地址。由于页大小都是4k，所以页内偏移都是用低12位表示，而剩下的高地址表示页号
MMU映射单位并不是字节，而是页，这个映射通过差一个常驻内存的数据结构页表来实现。现在计算机具体的内存地址映射比较复杂，为了加快速度会引入一系列缓存和优化，例如TLB等机制，下面给出一个经过简化的内存地址翻译示意图：

内存页与磁盘页

我们知道一般将内存看做磁盘的缓存，有时MMU在工作时，会发现页表表名某个内存页不在物理内存页不在物理内存中，此时会触发一个缺页异常，此时系统会到磁盘中相应的地方将磁盘页载入到内存中，然后重新执行由于缺页而失败的机器指令。关于这部分，因为可以看做对malloc实现是透明的，所以不再详述
真实地址翻译流程：

Linux进程级内存管理

2.2.1内存排布

明白了虚拟内存和物理内存的关系及相关的映射机制，下面看一下具体在一个进程内是如何排布内存的。

以Linux 64位系统为例。理论上，64bit内存地址空间为0x0000000000000000-0xFFFFFFFFFFFFFFF，这是个相当庞大的空间，Linux实际上只用了其中一小部分

具体分布如图所示：

对用户来说主要关心的是User Space。将User Space放大后，可以看到里面主要分成如下几段：

Mapping Area:这里是与mmap系统调用相关的区域。大多数实际的malloc实现会考虑通过mmap分配较大块的内存空间，本文不考虑这种情况，这个区域由高地址像低地址增长

Stack:栈区域，自高地址像低地址增长

Heap内存模型：

一般来说，malloc所申请的内存主要从Heap区域分配，来看看Heap的结构是怎样的。

Linux维护一个break指针，这个指针执行堆空间的某个地址，从堆开始到break之间的地址空间为映射好的，可以供进程访问，而从break往上，是未映射的地址空间，如果访问这段空间则程序会报错

brk与sbrk

由上文知道，要增加一个进程实际上的可用堆大小，就需要将break指针向高地址移动。Linux通过brk和sbrk系统调用操作break指针。两个系统调用的原型如下：

  int brk(void *addr);  void *sbrk(inptr_t increment);

brk将break指针直接设置为某个地址，而sbrk将break从当前位置移动increment所指定的增量。brk在执行成功时返回0，否则返回-1并设置为errno为ENOMEM,sbrk成功时返回break移动之前所指向的地址，否则返回（void*）-1;
资源限制和rlimirt

系统为每一个进程所分配的资源不是无限的，包括可映射的空间，因此每个进程有一个rlimit表示当前进程可用的资源上限，这个限制可以通过getrlimit系统调用得到，下面代码获取当前进程虚拟内存空间的rlimit

其中rlimt是一个结构体

  struct rlimit  {    rlimt_t rlim_cur;    rlim_t rlim_max;  };

每种资源有硬限制和软限制，并且可以通过setrlimit对rlimit进行有条件限制作为软限制的上限，非特权进程只能设置软限制，且不能超过硬限制

实现malloc

(1)数据结构

首先我们要确定所采用的数据结构。一个简单可行方案是将堆内存空间以块的形式组织起来，每个块由meta区和数据区组成，meta区记录数据块的元信息（数据区大小、空闲标志位、指针等等），数据区是真实分配的内存区域，并且数据区的第一个字节地址即为malloc返回的地址

可以使用如下结构体定义一个block

  typedef struct s_block *t_block;  struck s_block{    size_t size;//数据区大小    t_block next;//指向下个块的指针    int free;//是否是空闲块    int padding;//填充4字节，保证meta块长度为8的倍数    char data[1];//这是一个虚拟字段，表示数据块的第一个字节，长度不应计入meta  };

（2）寻找合适的block

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