动态内存分配的实现
c语言malloc函数
c语言malloc函数
malloc函数：
【介绍】
malloc函数是一种C语言标准库函数，全称为memory allocation，即内存分配，是一种不改变内存中已有存储数据、即在程序执行期间申请内存空间的方法。
它为程序提供动态临时存储。
【原型】
void *malloc(size_t size)；
【参数】
size：指定申请空间的大小（单位：字节byte）
【返回值】
若申请成功，则返回新分配的指针；否则，返回空指针NULL。
【应用】
1、实现动态内存的分配：malloc用于动态申请内存空间，尤其适用在现在或将来未知的变量空间大小；
2、实现复杂的结构体的存储：如果内存大小有变化的话，malloc可以根据需要重新分配内存来实现复杂的结构体的存储；
3、实现对位对大小的空间的分配：malloc函数可以连续分配满足申请
需求的内存块，可以根据实际需求实现对大小的设置；
4、实现指向函数指针的存储：malloc能够为指向函数的指针申请空间，从而更好地支持C中的函数指针技术；
5、实现对不明确大小的数组存储：malloc函数还可以应用于不明确元
素个数的数组存储，动态调整存储空间大小，可以实现动态数组；
6、实现多维数组的存储：malloc函数可以实现多维数组的存储，函数
会将一块指定大小的空间进行切分，以便实现多维数组的存储。
【说明】
malloc函数将一块连续地址的内存空间分配给程序使用，因此，在使
用malloc函数申请内存的时候，申请的空间的大小受到操作系统当前
的内存剩余量的影响。
malloc实现原理
malloc实现原理malloc是一个动态内存分配函数，用于在程序运行时从可用的内存池中分配内存。
与静态内存分配（例如通过定义变量和数组）的方式相比，动态内存分配具有更大的灵活性，因为它允许程序在运行时动态地分配和释放内存。
在本文中，将介绍malloc的实现原理。
在C语言中，使用malloc函数需要调用stdlib.h头文件。
malloc函数的声明如下：```void *malloc(size_t size);```malloc函数使用一个参数size，表示需要分配的内存大小。
它会在可用的内存池中寻找一块大小至少为size个字节的空闲内存，并返回该内存的地址。
如果没有足够的空闲内存，malloc函数将返回NULL。
malloc函数的内部实现使用堆（heap）这种数据结构来管理内存。
堆是一种动态内存分配的数据结构，可以通过实现一个双向链表来管理内存块的分配和释放。
每个内存块都包括一个头数据结构和实际分配的内存块。
堆中的内存块分配和释放的过程分别称为malloc和free。
malloc 函数将在堆上寻找一块足够大的空闲内存，并将该内存块与堆中的其他内存块连接起来。
free函数将释放先前分配的内存块，从而使该内存块可用于以后的分配。
为了管理堆，malloc使用了两个指针，一个指向堆的开始，另一个指向堆的结束。
同时，malloc还使用了另一个指针，它指向最后一次分配内存时找到的空闲内存块的位置。
这个指针被称为未使用的空闲内存块指针。
当程序调用malloc函数请求一块新的内存时，malloc会从未使用的空闲内存块指针处开始搜索堆，寻找一块合适的空闲内存。
如果找到，该块内存就会被分配出去，未使用的空闲内存块指针也会指向堆上的下一块空闲内存块。
如果找不到合适的空闲内存块，malloc将请求操作系统分配更多的内存，并将该内存扩展到堆中。
当程序调用free函数释放一块内存块时，malloc将该内存块标记为未使用的空闲内存，并将其添加到空闲内存块列表的开头。
c语言函数 malloc 与free 实现
c语言函数malloc 与free 实现在C语言中，malloc和free是用于动态内存分配和释放的两个重要函数。
这两个函数允许程序在运行时动态地分配和释放内存，使得程序更加灵活。
本文将深入探讨malloc和free函数的实现原理以及在实际编程中的应用。
1. malloc函数的实现1.1 malloc函数概述malloc（Memory Allocation的缩写）函数用于在堆区分配指定大小的内存空间。
其声明如下：void*malloc(size_t size);其中，size参数表示要分配的内存字节数。
malloc返回一个指向分配内存的指针，如果分配失败，则返回NULL。
1.2 malloc函数的实现原理malloc的实现通常基于操作系统提供的底层内存分配机制。
以下是一个简化的malloc实现示例：#include <stddef.h>void*malloc(size_t size){// 调用底层操作系统的内存分配函数void*ptr =os_allocate_memory(size);return ptr;}上述代码中，os_allocate_memory是一个虚构的函数，实际上会调用操作系统提供的内存分配函数，如brk或mmap等。
malloc返回操作系统分配的内存地址。
2. free函数的实现2.1 free函数概述free函数用于释放通过malloc分配的内存空间。
其声明如下：void free(void*ptr);其中，ptr是由malloc返回的指针。
调用free后，该内存空间将被释放，并可用于后续的内存分配。
2.2 free函数的实现原理free的实现通常涉及将释放的内存块标记为可用，并合并相邻的可用块，以防止内存碎片化。
以下是一个简化的free实现示例：#include <stddef.h>void free(void*ptr){// 标记释放的内存块为可用mark_memory_as_free(ptr);// 合并相邻的可用块coalesce_free_blocks();}上述代码中，mark_memory_as_free是一个虚构的函数，表示将释放的内存块标记为可用。
linux vmalloc原理
linux vmalloc原理vmalloc是Linux内核中的一个动态内存分配器，它与kmalloc不同的是vmalloc可以分配大于或等于一个页面大小的内存，而kmalloc只能分配小于一个页面大小的内存。
vmalloc本质上是一种用于管理虚拟地址空间的内核机制，它为内核代码和元数据提供了必要的内存空间，同时还为应用程序提供了用户空间缓冲区。
vmalloc的实现原理是在内核空间中增加一个专用的虚拟地址空间，用于管理vmalloc分配的大块内存。
vmalloc分配的内存在此虚拟地址空间中没有物理页面映射，因此当分配内存时对应的页框可能还没有被物理内存映射到该虚拟地址空间中，只有在访问vmalloc分配的内存时才会进行页面映射。
这个过程是通过vmap函数来实现的。
在内存被访问时，虚拟地址和页面框的映射是通过调用remap_pfn_range函数来实现的。
这种虚拟化技术的好处在于，它允许Linux内核在内存没有被使用时，将其换页到磁盘上，从而节省内存空间。
vmalloc分配的内存也可以通过调用vfree释放，释放过程中，系统会检查是否有其他对象仍然对此内存块保持了映射，如果有，释放过程就需要等待所有的映射都解除之后才能继续。
需要注意的是，vmalloc分配的内存虽然不是连续的物理页面，但是对于大多数情况来说，它是在物理上是连续的，因为虚拟地址空间中每个地址都是在一个物理页面上对应的。
另外，vmalloc分配的内存只能用于内核代码和模块使用，而不能用于用户空间缓冲区。
总的来说，vmalloc是Linux内核中非常重要的一个内存分配机制，它可以有效地提供大内存块的分配和管理。
同时，它的实现技术也具有一定的操作系统学习和研究意义。
c语言动态分配的用法
c语言动态分配的用法C语言中，动态内存分配是通过使用malloc、calloc和realloc等函数来实现的。
动态分配内存可以根据程序运行时的需要来动态分配和释放内存空间，提高程序的灵活性和效率。
1. malloc函数：用于在堆（heap）中分配指定大小的内存空间。
其函数原型为void* malloc(size_t size)，其中size为要分配的内存空间的大小（以字节为单位）。
例如，以下代码动态分配了一个包含5个整数的整型数组的内存空间，并将其地址赋给指针变量p：```cint* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));```2. calloc函数：用于在堆中分配指定数量和大小的连续内存空间，并将其初始化为零值。
其函数原型为void* calloc(size_t num,size_t size)，其中num为要分配的元素个数，size为每个元素的大小。
例如，以下代码动态分配了一个包含5个整数的整型数组的内存空间，并将其地址赋给指针变量p：```cint* p = (int*)calloc(5, sizeof(int));```3. realloc函数：用于重新分配已分配内存空间的大小。
其函数原型为void* realloc(void* ptr, size_t size)，其中ptr为指向已分配内存空间的指针，size为重新分配的内存空间的大小。
例如，以下代码将已分配内存空间的大小重新设置为10个整数，并将其地址赋给指针变量p：```cint* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int));int* q = (int*)realloc(p, 10 * sizeof(int));if (q != NULL) {p = q;}```4. free函数：用于释放由malloc、calloc和realloc函数分配的内存空间。
其函数原型为void free(void* ptr)，其中ptr为指向要释放的内存空间的指针。
malloc内存分配流程
malloc内存分配流程在编程中，动态内存分配是一种常见的操作，而malloc()函数是用于在运行时分配内存的标准C库函数之一。
下面是malloc内存分配的流程。
1. 引入头文件：在使用malloc函数之前，需要在代码的开头引入头文件<cstdlib>或<stdlib.h>，以便使用malloc函数的定义和相关函数。
2. 了解malloc函数的作用：malloc函数用于在堆内存中动态分配指定字节数的内存空间，并返回一个指向分配内存开始位置的指针。
3. 为内存分配指定字节数：在调用malloc函数时，需要指定需要分配的内存空间的字节数，以便函数能够为该内存空间分配足够的大小。
例如，如果需要分配10个int类型的元素，可以使用sizeof(int) * 10来指定所需的字节数。
4. 检查分配是否成功：在调用malloc函数后，需要检查分配是否成功。
当分配成功时，malloc函数返回一个非空指针，该指针指向分配的内存空间的开始位置；当分配失败时，malloc函数返回一个空指针NULL。
5. 使用分配的内存空间：一旦分配成功，可以使用返回的指针来操作分配的内存空间。
例如，可以对分配的内存空间进行读写操作，存储数据或者访问已存储的数据。
6. 释放已分配的内存空间：在使用完分配的内存空间后，为了避免内存泄漏，应该使用free函数将其释放。
通过调用free函数，并将分配的指针作为参数传入，释放的内存将返回给系统，可以再次用于其他任务。
总结：将malloc内存分配的流程概括起来，首先引入头文件，然后了解malloc函数的作用，指定所需分配的字节数，检查分配是否成功，对分配的内存空间进行操作，最后使用free函数释放已分配的内存空间。
这个流程在动态内存分配中有着广泛的应用，能够帮助程序实现灵活的内存管理。
实现内存分配实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解操作系统内存分配的基本原理和常用算法。
2. 掌握动态分区分配方式中的数据结构和分配算法。
3. 通过编写程序，实现内存分配和回收功能。
二、实验环境1. 操作系统：Linux2. 编程语言：C语言3. 开发工具：GCC编译器三、实验原理1. 内存分配的基本原理操作系统内存分配是指操作系统根据程序运行需要，将物理内存分配给程序使用的过程。
内存分配算法主要包括以下几种：（1）首次适应算法（First Fit）：从内存空间首部开始查找，找到第一个满足条件的空闲区域进行分配。
（2）最佳适应算法（Best Fit）：在所有满足条件的空闲区域中，选择最小的空闲区域进行分配。
（3）最坏适应算法（Worst Fit）：在所有满足条件的空闲区域中，选择最大的空闲区域进行分配。
2. 动态分区分配方式动态分区分配方式是指操作系统在程序运行过程中，根据需要动态地分配和回收内存空间。
动态分区分配方式包括以下几种：（1）固定分区分配：将内存划分为若干个固定大小的分区，程序运行时按需分配分区。
（2）可变分区分配：根据程序大小动态分配分区，分区大小可变。
（3）分页分配：将内存划分为若干个固定大小的页，程序运行时按需分配页。
四、实验内容1. 实现首次适应算法（1）创建空闲分区链表，记录空闲分区信息，包括分区起始地址、分区大小等。
（2）编写分配函数，实现首次适应算法，根据程序大小查找空闲分区，分配内存。
（3）编写回收函数，回收程序所占用的内存空间，更新空闲分区链表。
2. 实现最佳适应算法（1）创建空闲分区链表，记录空闲分区信息。
（2）编写分配函数，实现最佳适应算法，根据程序大小查找最佳空闲分区，分配内存。
（3）编写回收函数，回收程序所占用的内存空间，更新空闲分区链表。
3. 实验结果分析（1）通过实验，验证首次适应算法和最佳适应算法的正确性。
（2）对比两种算法在内存分配效率、外部碎片等方面的差异。
五、实验步骤1. 创建一个动态内存分配模拟程序，包括空闲分区链表、分配函数和回收函数。
动态分区分配方式的模拟实验原理说明
动态分区分配方式的模拟实验原理说明一、引言动态分区分配方式是操作系统中的一种内存管理方式，它将内存分为若干个不同大小的分区，根据进程的需求动态地分配内存。
在实际应用中，动态分区分配方式广泛应用于多任务操作系统中，如Windows、Linux等。
本文将介绍动态分区分配方式的模拟实验原理。
二、动态分区分配方式的基本原理动态分区分配方式是指在内存空间中按照进程需要划分出若干个不同大小的空间块，每个空间块可以被一个进程占用。
当有新进程需要内存时，操作系统会在空闲的空间块中选择一个大小合适的空间块给该进程使用。
当进程结束时，该进程所占用的空间块就会被释放出来，成为空闲块。
三、模拟实验环境搭建为了模拟动态分区分配方式，我们需要搭建一个虚拟机环境。
首先需要安装一款虚拟机软件（如VMware Workstation），然后安装一个操作系统（如Windows）。
接下来，在虚拟机中安装Visual Studio等开发工具。
四、模拟实验步骤1.设计数据结构为了方便管理内存空间，我们需要设计一种数据结构来存储内存块的信息。
我们可以使用链表来实现这一功能，每个节点表示一个内存块，包括该内存块的起始地址、大小以及状态（已分配或未分配）等信息。
2.初始化内存空间在模拟实验中，我们需要初始化一段虚拟内存空间。
我们可以使用一个数组来表示整个内存空间，并将其划分为若干个大小不同的空间块。
同时，我们需要将这些空间块的信息存储到链表中。
3.模拟进程请求内存在模拟实验中，我们需要模拟多个进程同时请求内存的情况。
当一个进程请求内存时，操作系统会根据其所需的内存大小，在空闲的空间块中选择一个合适的块分配给该进程，并将该块标记为已分配状态。
4.模拟进程释放内存当一个进程结束时，它所占用的内存块就会被释放出来，成为空闲块。
此时操作系统会更新链表信息，并将该块标记为未分配状态。
5.显示当前内存使用情况在模拟实验过程中，我们需要不断地显示当前的内存使用情况。
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梅林 mlnin@
2007 年 6 月 15 日，我在看一本数据结构的书。书上讲到如何创建一个链表，方法是，先定义一个结构 体来描述一个链结点类型，如下：
Typedef struct node
{
ElemType data;
Struct node *link;
}LNode,*LinkList;
p=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));
p->data=a;
p->link=NULL;
if(list==NULL)
list=p;
else
r->link=p;
r=p;
}
return(list);
}
当我看到“p=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));”这句程序时，我就没心思继续往下看了。我在想 malloc() 这个函数究竟是如何实现的呢？以前在网上也看到有很多人说起 malloc()这个函数，但是因为自已从来都没 用过，所以一直都没去想像与此相关的问题。今天是第一次看到它的使用，所以就想到了它是如何实现的这 个问题了。
OSMemFree(ADDR1);
OSMemFree(ADDR2);
从高地址开始分配.
OSMemNew(30);的返回值是
用户内存块的首地址,即AD 0xa55a
DR1=2070.
36
0x5aa5
30个字节
......
20个字节
0xa55a 26 0x5aa5
......
0xa55a
36
此处地址值为2070(ADDR1) 0x5aa5
struct _FreeMem
{
struct _FreeMem xdata *Next;
/* 指向下一个自由内存块，无则为 NULL */
**文 件 名: OS_mem.h
**创 建 人: 陈明计
**最后修改日期: 2003 年 8 月 3 日
**描
述: 内存动态分配模块的头文件，可以在非 Small RTOS(51)下使用。在 Small RTOS(51)
**
下必须配置为支持重入栈。
**--------------历史版本信息----------------------------------------------------------------------------
哈哈！我想我要找的答案已经快出来了。答案就在 OS_MEM.C 里面。 我把 OS_MEM.H, OS_MEM.C 这两个文件打印了，2+4 总共 6 张纸。大概看了一下程序的框架。总共定 义了两个结构体，struct _UsingMem 和 struct _FreeMem。一共有三个函数 uint8 OSMemInit()，void xdata *OSMemNew()，void OSMemFree()。呵呵，是不是很简单。可我花了整整一个星期才看明白啊! 下面我就来根据这两个文件来分析动态内存分配的过程。错误之处在所难免。多多联系。 我觉得要弄清楚动态内存分配原理，首先要在头脑中有两个内存块模型，一个是自由内存块，一个是用 户内存块。我在阅读程序时，就是因为事先头脑中没有这两个模型，所以才导致读起来非常吃力。 动态内存分配过程中的关键地方我都用图形表达出来了。 在“动态内存分配全过程”这张图中，我举了一个完整的例子，先在内存中初始化一块动态内存分配区 间，接着申请一块内存 A，再申请一块内存 B，接着释放内存 A，再释放内存 B，最后动态内存分配区回到 了初始状态。 我想当初如果有人给我提供这样的图形，我肯定是要不了一个星期就能弄明白的。好了，快看图吧！
然后讲到，建立一个线性链表的过程是一个动态生成链结点并依次将它们链接到链表中的过程，如下：
LinkList CREAT(int n)
{
LinkList p,r,list=NULL;
ElemType a;
int i;
for(i=1;i<=n;i++)
{ READ(a);
/*以某种方法获取一个数据元素 a*/
说到内存管理，我又想到 UCOSII。以前看过一些邵贝贝翻译的 UCOSII，里面有一章专门讲述内存管理， 由于当时根本不知道内存管理是什么东西，所以就随便翻过去了。现在似乎明白了一些东西，所以又翻开了 这本书，找到内存管理这一章，截图如下：
呵呵，心里好高兴！malloc()果然是和内存管理有着密切的联系。至此，我并没有找到问题的答案，但我 知道了内存管理这个概念，这才是令我高兴的原因。但我并没有开始分析 UCOSII 中内存管理相关的代码。 因为我又想到了另外一个 OS，一个更小的 OS，那就是周立功公司的 Small RTOS。我想这个里面应该也有 内存管理方面的内容吧，打开它的说明文档，截图如下：
********************************************************************************************************/
#ifndef EN_OS_MEM_CHK
#define EN_OS_MEM_CHK 1
#endif
NULL
100
NULL NULL 64
NULL NULL 38
2064 N UL L 38
NULL NULL 100
......
......
......
......
......
OSMemInit(2000, 100);
100个字节
ADDR1=OSMemNew(30);
ADDR2=OSMemNew(20);
unsigned int Size; #if EN_OS_MEM_CHK > 0
unsigned int EndChk;
/* 校验字，内存回收时检查内存块是否有效 */ /* 内存块所占空间大小 */
/* 校验字，内存回收时检查内存块是否有效 */
#endif };
/* 自由内存块的头，所有自由内存块组成双向链表 */
......
*Next *Last Size
*Next *Last Size
*Next *Last Size
......
......
......
用户内存块的结构
HeadChk Size EndChk
_UsingMem结构体 (用户内存块头)
可使用的用户内存块
此图为单个用户内存块的结构.即申请到的内存块的结构.
自由内存块的结构
*Next *Last Size
_FreeMem结构体 (自由内存块头)
可使用的自由内存块
左图为单个自由内存块的结构. 当在程序中多次申请和释放内存时,在动态内存分 配区就会形成多个这样的块结构,这些块之间通过 块头的*Next和*Last相互链结在一起(如下图所示). 整个块的大小为Size.(刚开始我一直以为Size是可 使用的内存块的大小,所带来的痛苦就不说了! )
......
...... ...... ...... ...... ......
至此，动态内存分配的基本过程已经说完了。其实在这个过程中还有许多细节的问题，我并没有一一描 述，比如以下这段代码的作用是什么？这个很重要!
对于这段代码，只要考虑(ThisFreeMem->Size) ==(Size + sizeof(struct _FreeMem))时的情形就会明白了， 我就不多说了，画图好累啊！
我的第一想法就是，我可以在 KEIL 中调用 malloc()函数，然后分析编译出来的汇编代码，从而找到答案。 但我马上又想到，这个问题是不是很久以前已经有人分析过了，也许可以在网上找到现成的答案（呵呵，我 是不是好懒！）。我搜索了诸如“malloc()的实现”,“mallo() c51”,“动态内存分配”这样的关键字。这样我 就被引到了“内存管理”这个问题上了。
自由内存块
OSMemInit()函数中并未说明紧跟在自 由内存块头后面的就是自由内存块, 在阅读OSMemNew()函数和OSMemFr ee()函数的时候才会发现这一点.
......
动态内存分配全过程
......
......
......
......
......
......
此处地址为2000
NULL
附录_源程序：
/*********************************************************************************************************
**
Small RTOS(51)
**
The Real-Time Kernel(For Keil c512)
此时释放内存,只须修改链结 点的内容,使两个自由块互相 链接起来即可.
......
......
0xa55a
36
0x5aa5
此处地址值为2064
N UL L
2000 此时释放内存,分两个步骤: 36 1.因为被释放的内存块与上一
个自由块相邻,所以把这块内 存与上一个相邻的自由块合 并. 2.完成第一步后,发现两个自 由块相邻,所以再把这两上自 由块合并在一起.
**
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**
All Rights Reserved
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V1.20.0
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