在malloc期间内核中会发生什么？

Question

采访中有人问我这个问题。他们想知道的是，当用户调用malloc（4）分配4个字节的内存时，操作系统（Linux）如何响应？哪个子系统响应此系统调用？

我告诉他，内存管理子系统将为malloc（）提供服务。malloc（）实现将遍历空闲内存（物理内存）列表，我们将其称为空闲列表，并找到一个大于或等于4字节的适当块。一旦找到这样的块，它将被从空闲列表中删除并添加到已用列表中。然后，该物理内存将被映射到进程堆vma结构。他对这个答案似乎不太满意，伙伴系统如何适应这个答案？任何帮助将不胜感激。

Answer 1

当用户空间应用程序调用时malloc()，该调用未在内核中实现。相反，它是一个库调用（实现的glibc或类似方法）。

简短的版本是mallocglibc 中的实现要么通过brk()/
sbrk()system调用获取内存，要么通过mmap()。这为glibc提供了一个很大的连续（相对于虚拟内存地址）的内存块，该malloc实现将实现进一步切成小块并将它们切成小块，然后分发给您的应用程序。

这是一个小malloc实现，它将为您提供想法，以及许多链接。

请注意，还没有什么东西在乎物理内存-当通过brk()/
sbrk()或更改过程数据段mmap()，以及在引用内存（通过对内存的读取或写入）时，内核虚拟内存系统会处理该内存。

总结一下：

1. malloc() 将搜索其托管的内存，以查看是否有一块满足分配要求的未使用的内存。
2. 如果失败，malloc()将尝试扩展过程数据段（通过sbrk()/ brk()或在某些情况下mmap()）。sbrk()最终进入内核。
3. 内核中的brk()/ sbrk()调用会调整struct mm_struct流程中的某些偏移，因此流程数据段会更大。首先，将没有物理内存映射到扩展数据段所提供的其他虚拟地址。
4. 当第一次触摸到未映射的内存时（可能是实现的读/写操作malloc），故障处理程序将启动并进入内核，在内核中内核将为未映射的内存分配物理内存。