c++ - 动态内存分配和内存块元数据

Question

我对动态内存分配的底层内容有疑问。我知道可能会有不同的实现，但我需要了解基本思想。

所以，

当现代操作系统内存分配器或等效分配内存块时，需要释放该 block 。

但是，在此之前，需要存在一些系统来控制分配过程。

我需要知道:

• 该系统如何跟踪已分配和未分配的内存。我的意思是，系统需要知道已经分配了哪些 block 以及它们的大小，以便在分配和释放过程中使用此信息。

现代硬件是否支持此过程，例如分配位或类似的东西？或者是某种用于存储分配信息的数据结构。如果有一个数据结构，与分配的内存相比，它使用了多少内存？

大块分配内存比小块分配内存更好吗？为什么？

感谢任何有助于揭示基本实现细节的答案。

如果需要代码示例，C 或 C++ 就可以了。

Answer 1

“该系统如何跟踪已分配和未分配的内存。”对于带有操作系统的非嵌入式系统，一个 virtual page table ，操作系统负责组织(当然有硬件 TLB 支持)，跟踪程序的内存使用情况。

据我所知(如果我弄错了，社区肯定会对我大吼大叫)， 跟踪个人 malloc() sizes and locations 有很多实现，并且依赖于运行时库。一般来说，无论何时调用 malloc()，大小和位置都存储在一个表中。每当您调用 free() 时，都会查找所提供指针的表条目。如果找到，则删除该条目。如果未找到，则忽略 free()(这也表明可能存在内存泄漏)。

当虚拟页面中的所有 malloc() 条目都被释放时，该虚拟页面就会被释放回操作系统(这也意味着 free() 不会始终将内存释放回操作系统，因为虚拟页面中可能仍有其他 malloc() 条目)。如果给定虚拟页面中没有足够的空间来支持指定大小的另一个 malloc()，则从操作系统请求另一个虚拟页面。

嵌入式处理器通常没有操作系统、虚拟页表，也没有多进程。在这种情况下，不使用虚拟内存。相反，嵌入式处理器的整个内存被视为一个大的虚拟页面(尽管地址实际上是物理地址)并且内存管理遵循与之前描述的类似过程。

Here是一个类似的堆栈溢出问题，有更深入的答案。

“大块分配内存比小块分配内存更好吗？为什么？”根据需要分配尽可能多的内存，不多也不少。编译器优化非常聪明，而且几乎总是比程序员手动管理内存更有效(即减少内存碎片)。在非嵌入式环境中尤其如此。

Here是一个类似的堆栈溢出问题，具有更深入的答案(请注意，它属于 C 而不是 C++，但它仍然与此讨论相关)。