C 如何通过mmap正确处理内存管理？

为了学习，我正在尝试编写自己的

malloc

和

free

实现，只使用

mmap

和

munmap

（因为

brk

和

sbrk

已经过时）。我已经阅读了大量关于这个主题的文档，但是我看到的每个示例要么使用

sbrk

，要么没有很好地解释如何处理映射内存的大区域

我试图写的想法是：我首先绘制一个大区域（即512页）；此区域将包含1到992字节之间的所有分配，增量为16字节。稍后我将使用4096页区域进行更大的分配（如果请求的大小大于一页，则直接使用mmap）。所以我需要一种方法来存储关于我分配或释放的每个块的信息

我的问题是，如何正确处理这些信息

我的问题是：如果我创建一个链表，如何为每个节点分配更多的空间？还是需要将其复制到映射区域？如果是这样，我如何在数据空间和保留空间之间切换？还是使用静态大小的数组更好？问题是我的区域大小取决于页面大小。

基于mmap的malloc有几种可能的实现方式： 顺序（第一次拟合，最佳拟合）。

想法：使用一个链接列表，将最后一块大小调整为页面的剩余大小

struct chunk
{
   size_t size;
   struct chunk *next;
   int is_free;
}

分配

迭代列表以获得合适的空闲块（可优化）

如果找不到任何内容，请将最后一个区块调整为所需大小，并创建一个剩余大小的空闲区块

如果到达页面末尾，（大小太小，

next

为空），只需mmap一个新页面（可优化：如果大小异常，生成自定义页面…）

要释放，甚至更简单：只需将

is_free

设置为1。或者，您可以检查下一个块是否也是空闲的，并将这两个块合并到一个更大的空闲块中（注意页面边框）

优点：易于实现，易于理解，易于调整

缺点：效率不高（迭代整个列表以找到一个块？），需要大量优化，繁忙的内存组织

二进制伙伴（我喜欢二进制算术和递归）

想法：使用2的幂作为大小单位：

struct chunk
{
   size_t size;
   int is_free;
}

正如您将看到的，这里的结构不需要

下一个

原则如下：


您有一个4096字节的页面。即（-16表示元数据）4080个可用字节
要分配一个小块，只需将页面分成两个2048字节的块，然后再将前半部分分成1028字节的块。。。直到获得合适的可用空间（最小为32字节（16可用））
每个区块，如果不是一个完整的页面，都有一个伙伴
最终会得到一个树状结构，如下所示：

要访问好友，请在指针和块大小之间使用二进制异或

实施：

分配大小为
size
获取所需的
Block\u size=2^k>size+sizeof（chunk）
在树中找到适合
块大小的最小可用空间
如果它可以变小，就递归地拆分它

释放一个区块
将
设置为1是自由的

检查您的好友是否有空（XOR大小，别忘了验证他与您的大小相同）
如果他是的话，就把他的身材翻一倍。重现

优点：速度极快，内存效率高，干净

缺点：复杂，一些棘手的情况（页面边框和好友大小）
需要保留你的页面列表吗

桶（我有很多时间要浪费）

这是三种方法中我自己没有尝试过的唯一方法，因此我只能说理论：

struct bucket
{
  size_t buck_num;  //number of data segment
  size_t buck_size; //size of a data segment
  void *page;
  void *freeinfo;
}


从一开始，您就有几个小页面，每个页面分成大小恒定的块（一个8字节的页面、一个16字节的页面、一个32字节的页面等等）
这些数据桶的“自由信息”存储在每一页的开头或单独的内存区域中的位集（表示一大组整数的结构）中

例如，对于4096字节页面中的512字节存储桶，表示它的位集将是8位位位集，
假设
*freeinfo=01001000
，这意味着第二个和第五个桶是免费的

优点：从长远来看，它是迄今为止最快、最干净的，
在许多小型分配中最有效

缺点：实现起来非常麻烦，对于一个小程序来说相当沉重，需要为位集提供单独的内存空间

可能还有其他算法和实现，但这三种算法和实现是最常用的，因此我希望您能从中了解您想要做什么。
我写道。对于分配集合大小的内存区域块（例如，所有16字节大小的分配，或所有32字节大小的分配），位图在执行内存开销时可能比链表更好地执行（链表对于每个分配可能需要16字节，只是为了维持一些SSE操作所需的16字节内存对齐）…我对64位机器使用了8字节对齐（忽略SSE）。这在很大程度上取决于定制分配器为应用程序设计的特定问题，并且基本上是一个数据结构问题，与作为基本分配器的
mmap
的具体使用正交，除非您开始玩虚拟内存技巧。您能详细说明一下您的分配模式是什么样子的吗？物理内存、地址空间或时间是否稀缺？您是否需要硬时间/空间/碎片保证？压实可行吗？无论如何，通常都会将元数据作为块头存储在内部。关于buddy分配器：如何从行指针
free（void*p）
接收块？您是否有一些前置码或后置码，或者只是一些元数据存储