Question

使用malloc和free有哪些注意事项

Answer 1

深入理解malloc 和free （by slowaction@venus ）

一直对linux 上面内存的获取和释放感兴趣，偷空草草看了看glibc/ptmalloc2 的代码， 有了点粗浅的认识，写出来博大家一笑，不当之处，请大家批评。本文不打算从代码细节上着手，只是分析一下ptmalloc2 算法的基本流程和使用的注意事项。( 这个是提纲，逐步丰富内容吧)

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用户态这个算作上篇,日后写一点对内核相关系统调用的理解,算下篇吧。

首先明确malloc 获取内存和free 释放内存都是glibc 函数。我们说的获取和释放都是和Glibc 交互，至于是否直接导致glibc 和操作系统交互，由glibc 自己决定.Glibc 有自己的内存申请和释放的算法，就是ptmalloc2 的算法。

malloc(size_t bytes)

1, 取得malloc 区域的锁

Malloc 是个线程安全的函数，避免多线程同时malloc 造成混乱，先要取得区域的锁。 具体的处理机制是，首先trylock main heap ，失败的话，就会尝试建立一个新的heap( 使用mmap), 这样做可以保证多线程的malloc 有很好的响应速度，相应的问题就是，会建立很多的heap, 对内核来说过多的线性区会寻址复杂。 所以最好不要多线程同时频繁malloc.

2 ，对bytes 做一下预处理

加上控制头的大小并且向8 字节对齐。就是说你malloc(1 ）和malloc(3) 是一样的。 对字节数不用太计较，glibc 会做的

3 ，如果bytes 小于max_fast, 直接从fastbins （单链表)中间分配，默认是64 字节 . 分配64 以下是不会造成内存碎片的，不用担心

4 ，64-512 的大小，这个区间是按照8 字节的步长排好的，直接从链表（双链表）摘就可以了。

5 ，如果从快速的链表分配失败了。尝试从大块数据的链表上切一小块下来给我们，剩下的存起来下次用。（这个和内核的伙伴算法很像） 分配过多的小空间还是有点麻烦，呵呵

6 ，如果是>512 的要求从largebin 分配了，这个步长要大很多了，是最佳适应的算法，剩下的空间要挂到上面的双向链表里面。

7 ．128k -1M, 对于glibc 来说这个实在是很大的要求了，直接从未分配的空间取下一块了

8 ，以上条件都没满足，或者说没完成的话就要动用系统调用了. 如果>1M 的话（当然还有其他的限制条件）直接mmap 开一块heap 区域。

9, 小于1M 的要求，就要sbrk 扩张heap 区域，扩张失败的话，在开辟一块heap 区域，当然了我们会尝试和并这两个heap 区域做集中管理。对富裕的有可能还要free 掉。

看完了malloc,free 就好理解多了

1 ，<64, 直接挂到fastbins

2, 其他的都挂到保留空间

3 ，主heap 的>128K ，释放掉，非主heap 的>64k 就释放，因为主heap 是肯定存在的，其他heap 可能在缩小的过程中就整体释放了

4 ，mmap 的空间，没什么商量的，释放掉。

总结一下：

<64字节的从cache分配，极快。64-512的从cache分配，很快。512-128K,FIFO的算法，稍慢一点。

128K-1M brk系统调用，慢

>1M mmap系统调用，很慢，并且以后寻址有负担。

所以，512以下没有必要用内存池（这里还有个64K的释放基线暂且不提）

512-128K 建议用

128K以上的内存分配强烈推荐使用内存池自己管理。

glibc是没有办法是放中间的“空洞“的，要注意处理内存的顺序。