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在Linux系統(tǒng)編程中，free函數(shù)是一種常見的用于釋放動態(tài)分配內存的函數(shù)。在底層實現(xiàn)中，free函數(shù)的源碼十分重要，其涉及到內存管理和垃圾回收等關鍵問題。本文將對Linux free函數(shù)的源碼進行剖析和分析，揭示其具體實現(xiàn)方式和原理。
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一、 free函數(shù)的基本功能和原理
free函數(shù)是一種用于釋放動態(tài)分配內存的C語言函數(shù)。相對于靜態(tài)分配內存，動態(tài)分配內存具有更高的靈活性和效率，可以在程序運行時動態(tài)地分配和釋放內存。在Linux系統(tǒng)中，程序可以通過malloc函數(shù)申請內存，使用free函數(shù)釋放內存，實現(xiàn)動態(tài)內存管理。free函數(shù)可以釋放由malloc或realloc等函數(shù)動態(tài)分配的內存。其基本功能為釋放一塊內存，并將該內存塊標記為空閑狀態(tài)，從而可以再次被程序動態(tài)分配使用。
free函數(shù)的實現(xiàn)原理是基于堆的內存管理。在內存中，程序運行時需要動態(tài)分配的內存和已經(jīng)使用的內存被分別存儲在兩個區(qū)域中：棧和堆。棧是由系統(tǒng)自動管理的，而堆是由程序代碼顯式分配和釋放的。free函數(shù)的原理就是將堆中的被標記為“空閑”的內存塊合并成較大的空閑內存塊，以便將來可以方便地分配給程序使用。free函數(shù)所使用的算法通常是一個稱為“分離式空閑列表”的數(shù)據(jù)結構，可以維護已經(jīng)被釋放的空閑內存塊，并允許程序快速地查找并分配空閑內存塊。
二、 free函數(shù)的源碼分析
在Linux系統(tǒng)中，free函數(shù)的源碼通常包含在stdlib.h頭文件中。下面是free函數(shù)的簡化源碼：
“`c++
void free(void* ptr) {
if (ptr == NULL) {
return;
}
// some code to free the memory block
}
“`
上述代碼定義了free函數(shù)的基本框架，下面將進一步剖析其實現(xiàn)細節(jié)。
1. 檢查參數(shù)
free函數(shù)的之一個步驟是檢查傳入的指針參數(shù)是否合法。如果指向的內存塊已經(jīng)被釋放或指針為空，那么free函數(shù)不會執(zhí)行任何操作，直接返回。如果指向的內存塊是有效的，則free函數(shù)繼續(xù)執(zhí)行。
“`c++
if (ptr == NULL) {
return;
}
“`
2. 尋找空閑內存塊
free函數(shù)的下一步是遍歷“分離式空閑列表”，查找是否有與傳入的指針參數(shù)對應的空閑內存塊。分離式空閑列表是一個由多個單向鏈表組成的數(shù)據(jù)結構，每個鏈表維護著一段特定大小的空閑內存塊。free函數(shù)首先根據(jù)傳入指針參數(shù)的大小查找對應的鏈表，然后遍歷該鏈表，查找是否有空閑內存塊與傳入指針參數(shù)相同。
如果找到了對應的空閑內存塊，那么free函數(shù)會將該內存塊標記為“空閑”，表示該內存塊可以被程序再次使用。
“`c++
// some code to find the corresponding free block
if (found) {
// mark the block as free
}
else {
// add the block to the free list
}
“`
3. 合并空閑內存塊
在釋放內存塊的過程中，有可能會出現(xiàn)一些已經(jīng)被釋放的內存塊相鄰的情況。為了節(jié)約內存，free函數(shù)會將相鄰的空閑內存塊合并成一個更大的內存塊，以便程序后續(xù)再次使用。
“`c++
// merge adjacent free blocks into a larger block
“`
具體實現(xiàn)方式是遍歷“分離式空閑列表”，將相鄰的空閑內存塊合并為一個更大的內存塊，并更新分離式空閑列表中相應內存塊信息。
三、
本文對Linux free函數(shù)的原理、實現(xiàn)方式以及源碼分析進行了詳細的介紹。Linux free函數(shù)是一種用于釋放動態(tài)分配內存的重要函數(shù)，在Linux系統(tǒng)編程中有著十分重要的作用。通過對，可以清楚地了解其實現(xiàn)原理和具體實現(xiàn)方式，提高代碼編寫和調試的效率和準確性。
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Linux系統(tǒng)動態(tài)申請用戶空間內存是？
在linux用戶空間動態(tài)申請戚豎祥內存時是用 malloc() 函數(shù),對應的釋放函數(shù)是 free() 。 而在內核高搏空間中 申請內存,一般會用到 kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 這三纖運個..
linux系統(tǒng)用戶空間中動態(tài)申請內存的函數(shù)為malloc ()，這個函數(shù)在各種操作系統(tǒng)上的使用都是一致的，malloc ()申請的內存的釋放函數(shù)為free()。對于Linux而言，C庫的malloc ()函數(shù)一般通過brk ()和mmap ()兩個系統(tǒng)調用從內核申請內存。由于用戶空間C庫的malloc算法實際上具備一個二次管理能力，所以并不是每次申請和釋放內存都一定伴隨著對內核的系統(tǒng)調用。比如，代碼清單11.2的應用程序可以從內核拿到內存后，立即調用free()，由于free()之前調用了mallopt(M_TRIM_THRESHOLD，一1）和mallopt (M_MMAP_MAX，0)，這個free ()并不會把內存還給內核，而只是還給了C庫的分配算法（內存仍然屬于這個進程)，因此之后所有的動態(tài)內存申請和釋放都在用戶態(tài)下進行。另外，Linux內核總是采用按搭空需調頁（Demand Paging)，因此當malloc ()返回的時候，雖然是成功返回，但是內核并沒有真正給這個進程內存，這個時候如果去讀申請的內存，內容全部是0，這個頁面的映射是只讀的。只有當寫到某個頁面的時候，內核才在頁錯誤后，真正把這個頁面給這個進程。在Linux內核空間中申請內存涉及的函數(shù)主要包括kmalloc( ) 、get free pages ( )和vmalloc ()等。kmalloc ()和_get_free pages ()(及其類似函數(shù)）申請的內存位于DMA和常規(guī)區(qū)域的映射區(qū)，而且在物理上也是連續(xù)的，它們與真實的物理地址只有一個固定的偏移，因此存在較簡單的轉換關系。而vmalloc()在虛擬內存空間給出一塊連續(xù)的內存區(qū)，實質上，這片閉納連續(xù)的虛擬內存在物理內存中知態(tài)瞎并不一定連續(xù)，而vmalloc (）申請的虛擬內存和物理內存之間也沒有簡單的換算關系。
linux系閉缺高統(tǒng)用戶空間中動態(tài)申請內存的函轎尺數(shù)為malloc ()，這個函數(shù)在扮耐各種操作系統(tǒng)上的使用都是一致的
linux系統(tǒng)用戶空間中動態(tài)申請內存的函數(shù)為malloc ()，這個函數(shù)在各種操作系統(tǒng)上的使用都是一致的，malloc ()申請的內存的釋放函數(shù)為free()。對于Linux而言，讓橘C庫的malloc ()函數(shù)一般通過brk ()和mmap ()兩個系統(tǒng)調用從內核申請內存。由于用戶空間C庫的malloc算法實際上具備一個二次管理能力，所以并不是每次申請和釋放內存都一定伴隨著對內核的系統(tǒng)調用。比如，代碼清單11.2的應用程序可以從內核拿到內存后，立即調用free()，由于free()之前調用了mallopt(M_TRIM_THRESHOLD，一1）和mallopt (M_MMAP_MAX，0)，這個free ()并不會把內存還給內核，而只是還給了C庫的分配算法（內存仍然屬于這個進程)，因此之后所有的動態(tài)內存申請和釋放都在用戶態(tài)下進行。另外，Linux內核總是采用按需調頁（Demand Paging)，因此當malloc ()返回的時候，雖然是成功返回，但是內核并沒有真正給這個進程內存，這個時候如果去讀申請的內存，內容全部是0，這個頁面的映射是只讀的。只有當寫到某個頁面的時候，內核坦搏團才在頁錯誤后，真正把這個頁面給這個進程。在Linux內核空間中申請內存涉及的函數(shù)主要包括kmalloc( ) 、get free pages ( )和vmalloc ()等。kmalloc ()和_get_free pages ()(及其類似函數(shù)）申請的內存位于DMA和常規(guī)區(qū)域的映射區(qū)，而且在物理上也是連續(xù)的，它們與真實的物理地址只有一個固定的偏移，因此存在較簡單的轉換關系。而vmalloc()在虛擬內存空間給出一塊連續(xù)的內存區(qū)，實質銀清上，這片連續(xù)的虛擬內存在物理內存中并不一定連續(xù)，而vmalloc (）申請的虛擬內存和物理內存之間也沒有簡單的換算關系。
面板是主板信息（內存3200HZ）下面插槽顯示是（內存2400HZ）我就總懷疑這個內存是超頻超上去的實際應該是2400HZ的
linux內核0.11 獲取之一個空閑物理內存頁的函數(shù) get_free_page函數(shù) 問題
問題關鍵在于理解以下指令：
“std ; repne ; sca\n\t”
1、std：方向位DF置位，即DI進行自減操作。
2、repne; sca
這兩條組合指令實現(xiàn)循環(huán)比較。ecx初值為15*1024，al=0，di初值為&mem_map，即從數(shù)組mem_map的最后一項開始，依次與al（=0）進行比較。假設數(shù)組第i項mem_map==0，則結束循環(huán)，此時ecx=i, edi=&mem_map（因為ecx初值為15*1024，di初值為數(shù)組最后一項15*1024-1的地址）。找到空閑頁面后，將該數(shù)組項置1，即*(edi+1)=mem_map=1，即語句“movb $1,1(%%edi)”實現(xiàn)的功能。此時，ecx即為空閑頁面索引。
幾點說明：
1、rep循環(huán)結束條件：
Repeat Prefix Termination Condition 1 Termination Condition 2
REPRCX or (E)CX = None
REPE/REPZRCX or (E)CX = ZF = 0
REPNE/REPNZ RCX or (E)CX = ZF = 1
2、rep循環(huán)執(zhí)行順序：
WHILE CountReg ≠ 0
DO
Service pending interrupts (if any);
Execute associated string instruction; // 1、執(zhí)行相關指令。例如scan指令，除了執(zhí)行al與*di的比較外，di也會被影響，即di自減1（當DF==1時）或自加1（當DF==0時）
CountReg ← (CountReg – 1); // 2、ECX自減
IF CountReg = 0 // 3、判斷ECX是否已減到0
THEN exit WHILE loop; FI;
IF (Repeat prefix is REPZ or REPE) and (ZF = 0) // 4、最后才判斷其他相關標志。
or (Repeat prefix is REPNZ or REPNE) and (ZF = 1)
THEN exit WHILE loop; FI;
OD;
3、sca指令對di的影響：
After the comparison, the (E)DI register is incremented or decremented automatically according to the setting of
the DF flag in the EFLAGS register. If the DF flag is 0, the (E)DI register is incremented; if the DF flag is 1, the (E)DI
register is decremented. The register is incremented or decremented by 1 for byte operations, by 2 for word operations, and by 4 for doubleword operations.
以上指令請參考《Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual》。
198 unsigned long get_free_page(void)
199{
200 unsigned long result;
201
202repeat:
203 __a__(“std ; repne ; sca\n\t”
204 “jne 1f\n\t”
205 “movb $1,1(%%edi)\n\t”
206 “sall $12,%%ecx\n\t”
207 …
215 :”0″ (0),”i” (LOW_MEM),”c” (PAGING_PAGES),
216 “D” (mem_map+PAGING_PAGES-1)
217 :”di”,”cx”,”dx”);
…
223 }
224 if (!result && swap_out())
225 goto repeat;
226 return result;
227}
關于linux free函數(shù) 源碼的介紹到此就結束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關注本站。
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