一 linux內(nèi)存管理以及內(nèi)存碎片產(chǎn)生原因

                    
        最底層使用伙伴算法管理內(nèi)存頁(yè)面。系統(tǒng)將所有空閑內(nèi)存頁(yè)面分10個(gè)組，每個(gè)組中的內(nèi)存塊大小依次是1，2，4……512個(gè)內(nèi)存頁(yè)面，每組中的內(nèi)存塊大小相 同，并且以鏈表結(jié)構(gòu)保存。大小相同，并且內(nèi)存地址連續(xù)的兩個(gè)內(nèi)存塊稱為伙伴。伙伴算法的中心思想就是將成為伙伴的空閑內(nèi)存合并成一個(gè)更大的內(nèi)存塊。
        os中使用get_free_page獲取空閑頁(yè)面，如果找不到合適大小的空閑頁(yè)面，則從更大的組中找到空閑內(nèi)存塊，分配出去，并將剩余內(nèi)存分割，插入到 合適的組中。當(dāng)歸還內(nèi)存時(shí)，啟動(dòng)伙伴算法合并空閑內(nèi)存。如果不停的申請(qǐng)內(nèi)存，并且部分歸還，但歸還的內(nèi)存不能成為伙伴，長(zhǎng)期運(yùn)行后，所有內(nèi)存將被分割成不 相鄰的小塊，當(dāng)再次申請(qǐng)大塊內(nèi)存時(shí)，則可能由于找不到足夠大的連續(xù)內(nèi)存塊而失敗，這種零散的不相鄰的小塊內(nèi)存稱之為內(nèi)存碎片。當(dāng)然這只是理論上的說(shuō)明，伙 伴算法本身就是為了解決內(nèi)存碎片問(wèn)題。

二  malloc子系統(tǒng)內(nèi)存管理（dlmalloc)
        應(yīng)用層面的開(kāi)發(fā)并不是直接調(diào)用sbrk/mmap之類的函數(shù)，而是調(diào)用malloc/free等malloc子系統(tǒng)提供的函數(shù)，linux上安裝的大多為 DougLea的dlmalloc或者其變形ptmalloc。下面以dlmalloc為例說(shuō)明malloc工作的原理。
1 dlmalloc下名詞解釋：
   boundary tag: 邊界標(biāo)記，每個(gè)空閑內(nèi)存塊均有頭部表識(shí)和尾部標(biāo)識(shí)，尾部表識(shí)的作為是合并空閑內(nèi)存塊時(shí)更快。這部分空間屬于無(wú)法被應(yīng)用層面使用浪費(fèi)的內(nèi)存空間。
   smallbins: 小內(nèi)存箱。dlmalloc將8,16,24……512大小的內(nèi)存分箱，相臨箱子中的內(nèi)存相差8字節(jié)。每個(gè)箱子中的內(nèi)存大小均相同，并且以雙向鏈表連接。
   treebins: 樹(shù)結(jié)構(gòu)箱。大于512字節(jié)的內(nèi)存不再是每8字節(jié)1箱，而是一個(gè)范圍段一箱。比如512~640, 640~896…..每個(gè)箱子的范圍段依次是128，256，512……。每箱中的結(jié)構(gòu)不再是雙向鏈表，而是樹(shù)形結(jié)構(gòu)。
   dv chunk:  當(dāng)申請(qǐng)內(nèi)存而在對(duì)應(yīng)大小的箱中找不到大小合適的內(nèi)存，則從更大的箱中找一塊內(nèi)存，劃分出需要的內(nèi)存，剩余的內(nèi)存稱之為dv chunk.
   top chunk: 當(dāng)dlmalloc中管理的內(nèi)存都找不到合適的內(nèi)存時(shí)，則調(diào)用sbrk從系統(tǒng)申請(qǐng)內(nèi)存，可以增長(zhǎng)內(nèi)存方向的chunk稱為top chunk.
2 內(nèi)存分配算法
        從合適的箱子中尋找內(nèi)存塊–>從相臨的箱子中尋找內(nèi)存塊–>從dv chunk分配內(nèi)存–>從其他可行的箱子中分配內(nèi)存–>從top chunk中分配內(nèi)存–>調(diào)用sbrk/mmap申請(qǐng)內(nèi)存
3 內(nèi)存釋放算法
       臨近內(nèi)存合并–>如屬于top chunk，判斷top chunk>128k，是則歸還系統(tǒng)
                              –>不屬于chunk，則歸相應(yīng)的箱子

dlmalloc還有小內(nèi)存緩存等其他機(jī)制。可以看出經(jīng)過(guò)dlmalloc，頻繁調(diào)用malloc/free并不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，只要后續(xù)還有相同 的內(nèi)存大小的內(nèi)存被申請(qǐng)，仍舊會(huì)使用以前的合適內(nèi)存，除非大量調(diào)用malloc之后少量釋放free，并且新的malloc又大于以前free的內(nèi)存大 小，造成dlmalloc不停的從系統(tǒng)申請(qǐng)內(nèi)存，而free掉的小內(nèi)存因被使用的內(nèi)存割斷，而使top chunk<128k，不能歸還給系統(tǒng)。即便如此，占用的總內(nèi)存量也小于的確被使用的內(nèi)存量的2倍（使用的內(nèi)存和空閑的內(nèi)存交叉分割，并且空閑的內(nèi) 存總是小于使用的內(nèi)存大小）。因此可以說(shuō)，在沒(méi)有內(nèi)存泄露的情況，常規(guī)頻繁調(diào)用malloc/free并不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。