操作系统(内存管理)

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文将对 Linux™ 程序员可以使用的内存管理技术进行概述,虽然关注的重点是 C 语言,但同样也适用于其他语言。文中将为您提供如何管理内存的细节,然后将进一步展示如何手工管理内存,如何使用引用计数或者内存池来半手工地管理内存,以及如何使用垃圾收集自动管理内存。 为什么必须管理内存 内存管理是计算机编程最为基本的领域之一。在很多脚本语言中,您不必担心内存是如何管理的,这并不能使得内存管理的重要性有一点点降低。对实际编程来说,理解您的内存管理器的能力与局限性至关重要。在大部分系统语言中,比如 C 和 C++,您必须进行内存管理。本文将介绍手工的、半手工的以及自动的内存管理实践的基本概念。 追溯到在 Apple II 上进行汇编语言编程的时代,那时内存管理还不是个大问题。您实际上在运行整个系统。系统有多少内存,您就有多少内存。您甚至不必费心思去弄明白它有多少内存,因为每一台机器的内存数量都相同。所以,如果内存需要非常固定,那么您只需要选择一个内存范围并使用它即可。 不过,即使是在这样一个简单的计算机中,您也会有问题,尤其是当您不知道程序的每个部分将需要多少内存时。如果您的空间有限,而内存需求是变化的,那么您需要一些方法来满足这些需求: 确定您是否有足够的内存来处理数据。 从可用的内存中获取一部分内存。 向可用内存池(pool)中返回部分内存,以使其可以由程序的其他部分或者其他程序使用。 实现这些需求的程序库称为 分配程序(allocators),因为它们负责分配和回收内存。程序的动态性越强,内存管理就越重要,您的内存分配程序的选择也就更重要。让我们来了解可用于内存管理的不同方法,它们的好处与不足,以及它们最适用的情形。 回页首 C 风格的内存分配程序 C 编程语言提供了两个函数来满足我们的三个需求: malloc:该函数分配给定的字节数,并返回一个指向它们的指针。如果没有足够的可用内存,那么它返回一个空指针。 free:该函数获得指向由 malloc 分配的内存片段的指针,并将其释放,以便以后的程序或操作系统使用(实际上,一些 malloc 实现只能将内存归还给程序,而无法将内存归还给操作系统)。 物理内存和虚拟内存 要理解内存在程序中是如何分配的,首先需要理解如何将内存从操作系统分配给程序。计算机上的每一个进程都认为自己可以访问所有的物理内存。显然,由于同时在运行多个程序,所以每个进程不可能拥有全部内存。实际上,这些进程使用的是 虚拟内存。 只是作为一个例子,让我们假定您的程序正在访问地址为 629 的内存。不过,虚拟内存系统不需要将其存储在位置为 629 的 RAM 中。实际上,它甚至可以不在 RAM 中 —— 如果物理 RAM 已经满了,它甚至可能已经被转移到硬盘上!由于这类地址不必反映内存所在的物理位置,所以它们被称为虚拟内存。操作系统维持着一个虚拟地址到物理地址的转换的表,以便计算机硬件可以正确地响应地址请求。并且,如果地址在硬盘上而不是在 RAM 中,那么操作系统将暂时停止您的进程,将其他内存转存到硬盘中,从硬盘上加载被请求的内存,然后再重新启动您的进程。这样,每个进程都获得了自己可以使用的地址空间,可以访问比您物理上安装的内存更多的内存。 在 32-位 x86 系统上,每一个进程可以访问 4 GB 内存。现在,大部分人的系统上并没有 4 GB 内存,即使您将 swap 也算上, 每个进程所使用的内存也肯定少于 4 GB。因此,当加载一个进程时,它会得到一个取决于某个称为 系统中断点(system break)的特定地址的初始内存分配。该地址之后是未被映射的内存 —— 用于在 RAM 或者硬盘中没有分配相应物理位置的内存。因此,如果一个进程运行超出了它初始分配的内存,那么它必须请求操作系统“映射进来(map in)”更多的内存。(映射是一个表示一一对应关系的数学术语 —— 当内存的虚拟地址有一个对应的物理地址来存储内存内容时,该内存将被映射。) 基于 UNIX 的系统有两个可映射到附加内存中的基本系统调用: brk: brk() 是一个非常简单的系统调用。还记得系统中断点吗?该位置是进程映射的内存边界。 brk() 只是简单地将这个位置向前或者向后移动,就可以向进程添加内存或者从进程取走内存。 mmap: mmap(),或者说是“内存映像”,类似于 brk(),但是更为灵活。首先,它可以映射任何位置的内存,而不单单只局限于进程。其次,它不仅可以将虚拟地址映射到物理的 RAM 或者 swap,它还可以将它们映射到文件和文件位置,这样,读写内存将对文件中的数据进行读写。不过,在这里,我们只关心 mmap 向进程添加被映射的内存的能力。 mun

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看云上有个人 很好的资源,写裸机代码的时候恰好用上,借鉴下。
2015-12-27
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Onegya_ 资料有些多,要慢慢看
2015-11-23
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yinjiuma3 资源丰富,是与学习
2015-10-05
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LHPOWER 不错 资源很有用
2015-05-07
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srsunrise 不错 资源很有用
2014-05-28
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CHOWCHIUMAN 真心觉得还不错,就是我是java的初学者,有些还看不明白,继续努力吧!
2013-12-18
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yanbingwei86 认真学习写代码,不怕晚
2013-12-10
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wyfile 程序有好多个,不过不是我想要的
2013-05-19
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longnight121 简介很不错,建议看简介就行了,里面内容比较坑爹,和想象的不太一样。。。是学生作品,一定是哪个老师传上来的。
2013-03-30
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limin0108 代码量比较多,比较基础可以看看。。。
2013-03-13
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