虚拟内存的作用是什么虚拟内存有什么用( 七 ) _知识百科

分配器以块为单位来维护堆，可分配或释放。有两种类型的分配器：
显式分配器：应用分配并且回收空间（C 语言中的 malloc 和 free）
隐式分配器：应用只负责分配，但是不负责回收（Java 中的new和垃圾收集）
7.1 相关函数malloc：失败返回空指针并设置errno=ENOMEM ，成功返回指向至少请求字节大小的内存块的指针
free：将参数p指向的块返回到可用内存池， p必须来自先前调用的malloc、calloc、realloc
calloc：将已分配的块初始化为0的malloc版本
realloc：改变先前分配的快的大小
sbrk：分配器内部使用，用于增加或缩小堆
先来看看一个简单的使用 malloc 和 free 的例子
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>void foo(int n) { int i, *p; /* Allocate a block of n ints */ p = (int *) malloc(n * sizeof(int)); if (p == NULL) { perror("malloc"); exit(0); } /* Initialize allocated block */ for (i=0; i<n; i++) p[i] = i; /* Return allocated block to the heap */ free(p);}为了讲述方便，我们做如下假设：
内存地址按照字来编码
每个字的大小和整型一致
例如：

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可以用任意的顺序发送 malloc 和 free 请求，但free 请求必须作用与已被分配的 block 。
显式分配器的限制：
不能控制已分配块的数量和大小
必须立即响应 malloc 请求（不能缓存或者给请求重新排序）
必须在未分配的内存中分配
不同的块需要对齐（32 位中 8 byte ， 64 位中 16 byte）
只能操作和修改未分配的内存
不能移动已分配的块，不允许压缩，为什么？
7.2 性能指标假设给定 malloc 和 free 的请求的序列：
R0,R1,…,Rk,…,Rn?1R0,R1,…,Rk,…,Rn?1
目标是尽可能提高吞吐量以及内存利用率（注意，这两个目标常常是冲突的）
吞吐量是在单位时间内完成的请求数量。假设在 10 秒中之内进行了 5000 次 malloc 和 5000 次 free 调用，那么吞吐量是 1000 operations/second
另外一个目标是 Peak Memory Utilization ，就是最大的内存利用率。其次最小化开销，定义总负载Pk表示请求Rk完成时的当前已分配的载荷之和，当前堆大小Hk（假定Hk是单调非递减），则K+1次请求的开销Ok = Hk / (maxi≤k P i ) – 1.0

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7.3 内存碎片影响内存利用率的主要因素就是『内存碎片』，分为内部碎片和外部碎片两种。
内部碎片
内部碎片指的是存储的数据(payload)小于块大小，就会因对齐和维护堆所需的数据结构或明确的决策（如返回大块满足小的请求）的缘故而出现无法利用的空间，例如：

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内部碎片只依赖于之前的请求的具体模式
外部碎片
内存中有足够的空间，但是空间不连续，所以成为了碎片，取决于未来请求的模式

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实现细节如何实现高效的内存分配算法？在具体实现之前，需要考虑以下问题：
给定一个指针，如何知道需要释放多少内存？
如何记录未分配的块？
当分配的结构小于所在的空闲块时，如何处理多余的空间?
有多个区域满足条件，如何选择？
如何重用已经释放的块？
如何实现回收
标准方法：在块开头记录块的长度（包括块头），每个分配的块需额外的字节

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