1.C++/C 内存分配-malloc/mmap/syscall深度解析以及性能测试
2.Linux内存管理（三）--内存分配之malloc
3.ptmalloc2 源码剖析3 -- 源码剖析

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、源码free等）以及操作系统级的源码内存管理。

       通常情况下，源码malloc和free会使用brk或sbrk来动态管理进程的源码堆空间。它们会请求增加或减少堆空间的源码大小，以满足动态内存分配的源码源码猎人需求。

       在理解brk和sbrk时，源码需要考虑以下几点：

       上面这些都是源码理论知识，和实际还有不小的源码差距，大家不要直接记这些理论，源码一定要动手自己实践，源码看到什么样的源码结果，就是源码什么样，看不到的源码就后面有机会再补充。

       (文章内涉及的源码源码截图或者片段，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，说的是每次沈内存的时候判断，不是校园任务平台源码说累计情况，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积分客系统源码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），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，央视科普溯源码每个内容很小，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，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，并不是最好的筹码源码申请大块内存就快。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

Linux内存管理（三）--内存分配之malloc

       本文将探讨 Linux 中动态内存分配的核心机制，特别是 malloc 函数的运作原理。开源社区提供了丰富的内存分配器，其中 glibc 中的 ptmalloc2 就是基于 dlmalloc 并引入多线程支持的实例。malloc 的源码位于 glibc-2.\malloc\malloc.c 文件中，它实际上是指向内部实现的别名 __libc_malloc。

       动态内存分配主要通过两个系统调用完成：mmap 和 brk。当所需内存大小超过预设阈值（默认KB）时，使用mmap分配；否则，采用brk分配。这一策略旨在平衡系统调用的频繁程度与内存分配的效率。

       为了提升效率，malloc 实际上利用了池化思想，预先分配较大的内存块，以便在后续请求时直接使用，避免频繁调用系统调用。这一过程涉及多个核心数据结构的使用，包括 arena、malloc_state、heap_info、chunk 等。

       arena 被用来表示连续的堆区域，分为 main arena 和 thread arena。main arena 作为全局变量存在于 libc.so 的数据段中，不需维护多个堆，且可通过 sbrk 扩展堆段。在内存耗尽时，main arena 可以通过 sbrk 或 mmap 扩展堆段至遇到内存映射段。另一方面，thread arena 的数量有限，以减少开销，当线程数量超过 arena 数量时，arena 开始共享。

       heap_info 用于存储堆的元数据，当一个 thread arena 的堆空间耗尽时，新的堆会映射到该 thread arena 中。chunk 则是描述内存分配的基本单位，包含 chunk 的大小、上一个 chunk 的状态信息以及对齐需求。

       在内存组织方面，存在多种类型的 chunk，包括已分配 chunk、空闲 chunk、top chunk 和 last remainder chunk。top chunk 位于 arena 的最顶部，用于处理所有 bin 中未找到合适空闲内存的情况。当 top chunk 大小不合适时，它会被分割或通过系统调用扩容。

       关于 free chunk 的管理、brk 与 mmap 的详细解释将在后续文章中深入探讨。更多关于内存管理的内容可参考《嵌入式 Linux 笔记》专栏。请在引用时注明出处。

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。