如果我去malloc(1024 * 1024 * 1024) 在 Linux 上，malloc 实际上是做什么的？
我确定它为分配分配了一个虚拟地址（通过遍历空闲列表并在必要时创建一个新映射），但它实际上会创建 1 GiB 的交换页吗？还是mprotect 地址范围并在您实际触摸它们时创建页面，就像mmap 一样？
（我指定 Linux 是因为 the standard 对这些细节保持沉默，但我很想知道其他平台也做什么。）
【问题讨论】：
Linux 会延迟页面分配，也就是。 '乐观的内存分配'。从 malloc 返回的内存没有任何支持，当您触摸它时，您实际上可能会遇到 OOM 条件（如果您请求的页面没有交换空间），在这种情况下 a process is unceremoniously terminated。
例如见http://www.linuxdevcenter.com/pub/a/linux/2006/11/30/linux-out-of-memory.html
【讨论】：
9. Memory（Andries Brouwer The Linux kernel, Some remarks on the Linux Kernel 的一部分）是一个很好的文档。
它包含以下程序，这些程序演示了 Linux 处理物理内存与实际内存的对比，并解释了内核的内部结构。
通常，第一个演示程序会在 malloc() 返回 NULL 之前获得大量内存。第二个演示程序将获得更少量的内存，因为之前获得的内存实际上已被使用。第三个程序会得到和第一个程序一样大的内存量，然后当它想使用它的内存时被杀死。
演示程序1：分配内存而不使用它。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main (void) {
int n = 0;
while (1) {
if (malloc(1<<20) == NULL) {
printf("malloc failure after %d MiB\n", n);
return 0;
}
printf ("got %d MiB\n", ++n);
}
}
演示程序2：分配内存并实际触摸它。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main (void) {
int n = 0;
char *p;
while (1) {
if ((p = malloc(1<<20)) == NULL) {
printf("malloc failure after %d MiB\n", n);
return 0;
}
memset (p, 0, (1<<20));
printf ("got %d MiB\n", ++n);
}
}
演示程序3：先分配，后使用。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#define N 10000
int main (void) {
int i, n = 0;
char *pp[N];
for (n = 0; n < N; n++) {
pp[n] = malloc(1<<20);
if (pp[n] == NULL)
break;
}
printf("malloc failure after %d MiB\n", n);
for (i = 0; i < n; i++) {
memset (pp[i], 0, (1<<20));
printf("%d\n", i+1);
}
return 0;
}
（在运行良好的系统上，例如Solaris，三个演示程序获得相同数量的内存并且不会崩溃，但请参见 malloc() 返回 NULL。）
【讨论】：
我在同一主题的类似帖子中给出了这个答案：
这开始有点偏离主题（然后我会将它与您的问题联系起来），但是发生的事情类似于您在 Linux 中分叉一个进程时发生的事情。分叉时有一种称为写时复制的机制，它只在内存也被写入时为新进程复制内存空间。这样，如果分叉的进程 exec 立即成为一个新程序，那么您就节省了复制原始程序内存的开销。
回到你的问题，这个想法是相似的。正如其他人指出的那样，请求内存会立即为您提供虚拟内存空间，但实际页面仅在写入时分配。
这样做的目的是什么？它基本上使 mallocing 内存成为或多或少的恒定时间操作 Big O(1) 而不是 Big O(n) 操作（类似于 Linux 调度程序传播它的方式而不是在一大块中进行）。
为了证明我的意思，我做了以下实验：
rbarnes@rbarnes-desktop:~/test_code$ time ./bigmalloc
real 0m0.005s
user 0m0.000s
sys 0m0.004s
rbarnes@rbarnes-desktop:~/test_code$ time ./deadbeef
real 0m0.558s
user 0m0.000s
sys 0m0.492s
rbarnes@rbarnes-desktop:~/test_code$ time ./justwrites
real 0m0.006s
user 0m0.000s
sys 0m0.008s
bigmalloc 程序分配了 2000 万个整数，但对它们不做任何事情。 deadbeef 将一个 int 写入每个页面，导致 19531 次写入，而 justwrites 分配 19531 个 int 并将它们清零。如您所见， deadbeef 的执行时间比 bigmalloc 长约 100 倍，比 justwrites 长约 50 倍。
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char **argv) {
int *big = malloc(sizeof(int)*20000000); // Allocate 80 million bytes
return 0;
}
.
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char **argv) {
int *big = malloc(sizeof(int)*20000000); // Allocate 80 million bytes
// Immediately write to each page to simulate an all-at-once allocation
// assuming 4k page size on a 32-bit machine.
for (int* end = big + 20000000; big < end; big += 1024)
*big = 0xDEADBEEF;
return 0;
}
.
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char **argv) {
int *big = calloc(sizeof(int), 19531); // Number of writes
return 0;
}
【讨论】：
Malloc 从 libc 管理的块中分配内存。当需要额外的内存时，库使用 brk 系统调用进入内核。
内核将虚拟内存页面分配给调用进程。这些页面作为进程拥有的资源的一部分进行管理。当内存被 brk'd 时，不分配物理页。当进程访问 brk'd 页面之一中的任何内存位置时，就会发生页面错误。内核验证虚拟内存是否已分配并继续将物理页面映射到虚拟页面。
页面分配不仅限于写入，而且与写入时复制完全不同。任何访问（读取或写入）都会导致页面错误和物理页面的映射。
请注意，堆栈内存是自动映射的。也就是说，不需要显式的 brk 将页面映射到堆栈使用的虚拟内存。
【讨论】：
在 Windows 上，页面已提交（即可用的可用内存减少），但在您触摸页面（读取或写入）之前不会实际分配它们。
【讨论】：