가상 메모리 관리에 대한 자세한 설명

에 매핑할 수 있습니다.

1. 시스템이 동시에 많은 프로세스를 실행하는 경우 각 프로세스에 할당된 메모리의 합은 실제 사용 가능한 물리적 메모리보다 클 수 있습니다. 이 경우에도 가상 메모리 관리를 통해 각 프로세스가 정상적으로 실행될 수 있습니다. 각 프로세스에는 가상 메모리 페이지만 할당되기 때문에 이러한 페이지의 데이터를 물리 페이지에 매핑하거나 물리 페이지를 차지하지 않고 디스크에 임시 저장할 수 있습니다. 또는 스왑 장치라고 하는 디스크 파일일 수도 있습니다. 물리적 메모리가 충분하지 않으면 자주 사용되지 않는 일부 물리적 페이지의 데이터가 임시로 스왑 장치에 저장됩니다. 그런 다음 물리적 페이지는 사용 가능한 것으로 간주되어 프로세스에 재할당될 수 있습니다. ). 프로세스가 스왑 아웃된 페이지를 사용하려는 경우 이를 스왑 장치에서 물리적 메모리로 다시 로드합니다. 이를 스왑 인(페이지 인)이라고 합니다. 교체 작업과 교체 작업을 총칭하여 페이징이라고 합니다. 따라서:

   시스템에 할당할 수 있는 총 메모리 양=물리적 메모리 크기+크기 아래 그림과 같이 스왑 장치

을 선택합니다. 첫 번째 그림은 교체되어 물리적 페이지의 데이터를 디스크에 저장하고 주소 매핑을 해제하고 물리적 페이지를 해제하는 것입니다. 두 번째 그림은 교체되어 사용 가능한 물리적 페이지를 할당하고 디스크 임시 페이지를 메모리에 다시 로드하고 주소 매핑을 설정하는 것입니다.

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5.malloc 및 free

C 표준 라이브러리 함수 malloc은 힙 공간에 메모리를 동적으로 할당할 수 있으며 해당 하위 계층은 brk 시스템 호출을 통해 운영 체제의 메모리에 적용됩니다. 동적으로 할당된 메모리를 모두 사용한 후에는 free로 해제하거나 더 정확하게는 malloc으로 반환하여 다음에 malloc이 호출될 때 메모리를 다시 할당할 수 있습니다.

1 #include <stdlib.h>2 void *malloc(size_t size);  //返回值：成功返回所分配内存空间的首地址，出错返回NULL3 void free(void *ptr);</stdlib.h>

malloc的参数size表示要分配的字节数，如果分配失败（可能是由于系统内存耗尽）则返回NULL。由于malloc函数不知道用户拿到这块内存要存放什么类型的数据，所以返回通用指针void *，用户程序可以转换成其它类型的指针再访问这块内存。malloc函数保证它返回的指针所指向的地址满足系统的对齐要求，例如在32位平台上返回的指针一定对齐到4字节边界，以保证用户程序把它转换成任何类型的指针都能用。

动态分配的内存用完之后可以用free释放掉，传给free的参数正是先前malloc返回的内存块首地址。

示例

举例如下：

 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <string.h> 4 typedef struct { 5     int number; 6     char *msg; 7 } unit_t; 8 int main(void) 9 {10     unit_t *p = malloc(sizeof(unit_t));11     if (p == NULL) {12         printf("out of memory\n");13         exit(1);14     }15     p->number = 3;16     p->msg = malloc(20);17     strcpy(p->msg, "Hello world!");18     printf("number: %d\nmsg: %s\n", p->number, p->msg);19     free(p->msg);20     free(p);21     p = NULL;22     return 0;23 }</string.h></stdlib.h></stdio.h>

说明

• unit_t *p = malloc(sizeof(unit_t));这一句，等号右边是void *类型，等号左边是unit_t *类型，编译器会做隐式类型转换，我们讲过void *类型和任何指针类型之间可以相互隐式转换。

• 虽然内存耗尽是很不常见的错误，但写程序要规范，malloc之后应该判断是否成功。以后要学习的大部分系统函数都有成功的返回值和失败的返回值，每次调用系统函数都应该判断是否成功。

• free(p);之后，p所指的内存空间是归还了，但是p的值并没有变，因为从free的函数接口来看根本就没法改变p的值，p现在指向的内存空间已经不属于用户，换句话说，p成了野指针，为避免出现野指针，我们应该在free(p);之后手动置p = NULL;。

• 应该先free(p->msg)，再free(p)。如果先free(p)，p成了野指针，就不能再通过p->msg访问内存了。

6.内存泄漏

　　如果一个程序长年累月运行（例如网络服务器程序），并且在循环或递归中调用malloc分配内存，则必须有free与之配对，分配一次就要释放一次，否则每次循环都分配内存，分配完了又不释放，就会慢慢耗尽系统内存，这种错误称为内存泄漏（Memory Leak）。另外，malloc返回的指针一定要保存好，只有把它传给free才能释放这块内存，如果这个指针丢失了，就没有办法free这块内存了，也会造成内存泄漏。例如：

1 void foo(void)2 {3     char *p = malloc(10);4     ...5 }

　foo 함수가 반환되면 로컬 변수 p의 메모리 공간을 해제해야 합니다. 이 함수가 가리키는 메모리 주소가 손실되고 이 10바이트는 해제될 수 없습니다. 메모리 누수 버그는 범위를 벗어난 액세스와 같은 프로그램 실행 오류를 일으키지 않기 때문에 찾기가 어렵습니다. 적은 양의 메모리 누수는 프로그램의 올바른 작동에 영향을 미치지 않습니다. 시스템 메모리로 인해 페이지가 자주 변경되어 현재 프로세스에 영향을 미칠 뿐만 아니라 전체 시스템 속도가 느려집니다.

　malloc과 free에는 특별한 경우가 있습니다. malloc(0)에 대한 호출도 적법하며 NULL이 아닌 포인터를 반환합니다. 이 포인터는 해제를 위해 free로 전달될 수도 있지만 이 포인터를 통해 메모리에 액세스할 수는 없습니다. free(NULL)도 적법하고 아무 작업도 수행하지 않지만 와일드 포인터를 해제하는 것은 불법입니다. 예를 들어 먼저 malloc을 호출하여 포인터 p를 반환한 다음 free(p)를 연속해서 두 번 호출하면 다음과 같이 됩니다. 런타임 오류를 생성합니다.