堆通常是如何实现的？ [复制]答案

【问题标题】：How is heap usually implemented? [duplicate]堆通常是如何实现的？ [复制]
【发布时间】：2011-05-13 00:59:02
【问题描述】：

可能重复：
How is heap and stack memories managed, implemented, allocated?

嗨，我的问题是关于堆，而不是数据结构，而是用于动态内存分配的内存区域。

假设我们正在用 C（或者可能是 C++）编写一个程序，并且在其代码深处的某个地方调用了 malloc()（或者在 C++ 的情况下调用了 operator new）。现在分配的内存的位置是什么？编译器（链接器？）是否添加了用作堆的数据段？该段的大小是如何确定的？如果我们尝试分配一块大于整个“堆段”的内存会发生什么？堆会扩大吗？如果是，怎么做？

【问题讨论】：

标签： c++ c memory heap-memory low-level

【解决方案1】：

旧的 unix 实现使用机制 sbrk()--系统请求移动最后一个数据段边界。分配内存时，tuntime 库调用系统将数据边界向上移动，并使用新的内存。

新的操作系统使用虚拟内存，因此 malloc 会在必要时向系统请求新的空闲 VM 页面。

独立应用程序（在裸硬件、微控制器等上运行）都分配了内存。库知道所有内存，因为链接描述文件定义了动态区域的符号。例如。 freemembot 和 freememtop 之类的东西，用于最低和最高可用内存区域位置。

【讨论】：

我想你的意思是sbrk，而不是strpbrk，它是一个字符串解析函数。 :-)
@R..：是的，你是对的，它是sbrk()。答案更正。 :)

【解决方案2】：

有 dlmalloc 内部工作原理的描述（glibc、uClibc 和许多其他地方使用的 malloc() 实现）here。

类 Unix 操作系统有两个主要接口用于请求/释放内存：

brk() 扩展/收缩数据段。
mmap()/munmap() 请求/释放额外的内存映射。

Windows API 实际上类似于 malloc()/free()，具有 HeapAlloc()/HeapFree() 之类的功能。

【讨论】：

Glibc 的 malloc 与 dlmalloc 有很大的不同。

【解决方案3】：

操作系统分配页面，然后将其返回给 malloc/free，然后将这些页面从内存中分解为请求大小的块。操作系统可以分配用户地址空间中尚未请求的任何页面。没有堆段。分配的内存位于操作系统确定的任何位置。

【讨论】：

很好，那么保护是如何工作的呢？当我们动态分配内存时，只有我们的进程可以访问它，如果其他人试图在那里执行读/写操作，就会发生错误。页面是否标记为属于某个进程？
@grigory，没有。页在页表中被标记为有效或无效（x86 上的 P 或 V 位）PTE 也有一个 R/W 位。一组“活动”页表在进程上下文切换时“切换”到新活动进程的那些。每个进程都有自己的页目录（== 一组页表，每个都包含一组页+属性）
@Grigory：我的进程的页面对于其他进程不存在——它们是虚拟的。操作系统将虚拟页面映射到真实页面。您确实需要检查虚拟内存。
@Alex：实际上，在某些架构中，它们被标记为属于特定进程（MIPS 的 TLB 有一个 ASID 字段，可以将其视为一种 PID 缓存）。