由malloc内存分配是否连续引出的一些概念

- 日理万妓 2022-08-02 05:51 176阅读 0赞

**1、问题：**

**[malloc分配的内存空间是连续的吗][malloc]**

1、linux内核管理内存空间的分配，所有程序对内存空间的申请和其他操作，最终都会交给内核来管理。

2、linux实现的是“虚拟内存系统”，对用户而言，所有内存都是虚拟的，也就是说程序并不是直接运行在物理内存上，而是运行在虚拟内存上，然后由虚拟内存转换到物理内存。

3、linux将所有的内存都以页为单位进行划分，通常每一页是4KB；

4、在对虚拟内存地址到物理内存地址进行转换时，内核会对地址的正确性进行检查，如果地址是合法的，内核就会提供对应的物理内存分页；如果是申请内存空间，内核就会检查空余的物理内存分页，并加以分配，如果物理内存空间不足，内核会拒绝此次申请；

5、使用malloc分配的内存空间在虚拟地址空间上是连续的，但是转换到物理内存空间上有可能是不连续的，因为有可能相邻的两个字节是在不同的物理分页上；

**逻辑地址（Logical Address） **是 指由程序产生的与段相关的偏移地址部分。例如，你在进行C语言指针编程中，可以读取指针变量本身值(&操作)，实际上这个值就是逻辑地址，它是相 对于你当前进程数据段的地址，不和绝对物理地址相干。只有在Intel实模式下，逻辑地址才和物理地址相等（因为实模式没有分段或分页机制,Cpu不进行 自动地址转换）；逻辑也就是在Intel 保护模式下程序执行代码段限长内的偏移地址（假定代码段、数据段如果完全一样）。应用程序员仅需与逻辑地址打交道，而分段和分页机制对您来说是完全透明 的，仅由系统编程人员涉及。应用程序员虽然自己可以直接操作内存，那也只能在操作系统给你分配的内存段操作。

int  a = 10;        &a = 0x7fffffffe524   //  物理地址

int \*p = &a         &p = 0x7fffffffe528   //  逻辑地址

**线性地址（Linear Address）** 是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。程序代码会产生逻辑地址，或者说是段中的偏移地址，加上相应段的基地址就生成了一个线性地址。如果启用了分页机 制，那么线性地址可以再经变换以产生一个物理地址。若没有启用分页机制，那么线性地址直接就是物理地址。Intel 80386的线性地址空间容量为4G（2的32次方即32根地址总线寻址）。  
  
 **物理地址（Physical Address）** 是指出现在CPU外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果地址。如果启用了分页机制，那么线性地址会使用页目录和页表中的项变换成物理地址。如果没有启用分页机制，那么线性地址就直接成为物理地址了。

**虚拟内存（Virtual Memory）** 是指计算机呈现出要比实际拥有的内存大得多的内存量。因此它允许程序员编制并运行比实际系统拥有的内存大得多的程序。这使得许多大型项目也能够在具有有限 内存资源的系统上实现。一个很恰当的比喻是：你不需要很长的轨道就可以让一列火车从上海开到北京。你只需要足够长的铁轨（比如说3公里）就可以完成这个任 务。采取的方法是把后面的铁轨立刻铺到火车的前面，只要你的操作足够快并能满足要求，列车就能象在一条完整的轨道上运行。这也就是虚拟内存管理需要完成的 任务。在Linux 0.11内核中，给每个程序（进程）都划分了总容量为64MB的虚拟内存空间。因此程序的逻辑地址范围是0x0000000到0x4000000。

与物理地址空间类似，线性地址空间也是平坦的4GB地址空间，地址范围从0到0xFFFFFFFF，线性空间中含有为系统定义的所有段和系统表。  
  
有时我们也把逻辑地址称为虚拟地址。因为与虚拟内存空间的概念类似，逻辑地址也是与实际物理内存容量无关的。

逻辑地址与物理地址的“差距”是0xC0000000，是由于虚拟地址->线性地址->物理地址映射正好差这个值。这个值是由操作系统指定的。

虚拟地址到物理地址的转化方法是与体系结构相关的。一般来说有分段、分页两种方式。以现在的x86 cpu为例，分段分页都是支持的。Memory Mangement Unit负责从虚拟地址到物理地址的转化。逻辑地址是段标识+段内偏移量的形式，MMU通过查询段表，可以把逻辑地址转化为线性地址。如果cpu没有开启 分页功能，那么线性地址就是物理地址；如果cpu开启了分页功能，MMU还需要查询页表来将线性地址转化为物理地址：  
逻辑地址 ----（段表）---> 线性地址 — （页表）—> 物理地址  
不同的逻辑地址可以映射到同一个线性地址上；不同的线性地址也可以映射到同一个物理地址上；所以是多对一的关系。另外，同一个线性地址，在发生换页以后，也可能被重新装载到另外一个物理地址上。所以这种多对一的映射关系也会随时间发生变化。

[malloc]: http://blog.csdn.net/beitiandijun/article/details/9240649