浅谈 Linux 的内存管理

匿名内存映射

　　在 Linux 中，如果使用malloc()分配一块很大的内存 (大于128KB)，这时malloc()不会直接从 heap 上分配内存，而是会调用mmap()创建匿名的内存映射，那么使用mmap()分配内存有何优缺点呢？

使用mmap()分配内存时，不会产生内存碎片。因为当这块内存不需要时，可以直接调用munmap()释放它，这样内存就会直接返回给操作系统。
在 Linux 中，一个页面的大小是 4KB，所以mmap()分配的内存会按照 4KB 的大小对齐。通常来说，分配小块内存并不会用到mmap()，因为mmap()分配的内存是 4KB 的整数倍，如果不能充分利用，就会造成内存的浪费。
和在 heap 上分配内存相比，使用mmap()分配内存时将带来比较大的开销，所以mmap()不适合频繁地调用，通常只有当分配的内存比较大时，才会使用到mmap()。

　　使用mmap()分配内存有两种形式，一种是私有的内存映射，另一种是共享的内存映射。如果创建的是私有的内存映射，那么在fork()之后，尽管子进程也可以访问这块内存，但是 copy-on-write 会保证父进程和子进程对这块内存的修改不会被彼此看见：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/mman.h>
int main()
{
    // 创建私有的内存映射, 512 KB
    size_t sz = 512 * 1024;
    void *p = mmap(NULL, sz, PROT_READ | PROT_WRITE,
                   MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    if (p == MAP_FAILED)
    {
        perror("mmap");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    int *addr = p;
    int n = fork();
    if (n == 0)
    {
        *addr = 100;
        printf("Child set value to %d\n", *addr);
        if (munmap(p, sz) == -1)
        {
            perror("munmap");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }
    else if (n > 0)
    {
        wait(NULL);    // 等待子进程退出
        printf("Parent get value %d\n", *addr);
        if (munmap(p, sz) == -1)
        {
            perror("munmap");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }
    else
    {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    return 0;
}

　　从程序的输出可以看到，子进程对内存的修改不会被父进程看到：

1 2	Child set value to 100 Parent get value 0

　　但如果mmap()创建的是共享的内存映射，那么在fork()之后，父进程和子进程对这块内存的修改，对彼此来说都是可见的，因此共享的内存映射可以用来作为进程间通信的一种方式。我们可以试着修改上面的程序，改用共享的内存映射：

1 2	void *p = mmap(NULL, sz, PROT_READ \| PROT_WRITE, MAP_SHARED \| MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

　　这时运行程序，可以看到子进程修改了内存，对父进程来说是可见的：

1 2	Child set value to 100 Parent get value 100

匿名内存映射

参考资料