内存分配和进程内存使用

Question

我想了解为什么多次动态分配调用的数据比直接在代码中指定的或通过malloc的单个调用分配的数据使用如此多的内存。

例如，我用C编写了以下两个代码：

测试1.c:int x用malloc分配

int main (void)
{
    int *x;
    int i, n=1048576; //n=1024*1024;

    printf("size = %lu\n", n* sizeof(int));

    for(i=0; i<n; i++)
    {
        x = malloc(sizeof(int));
        *x=i;
    }
    printf("Look at top and then press something to finish.");fflush(stdout);
    getc(stdin);
    return 0;
}

我在这里没有使用free来保持简单。当程序等待交互时，我查看另一个终端中的顶级功能，它向我显示了以下内容：

PID  USER   PR  NI  VIRT   RES    SHR  S  %CPU %MEM  TIME+   COMMAND                                    
1384 root   20  0   41300  34076  1300 S  0.0  3.3   0:00.47 test1

test2. c： int x不是动态分配的

int main (void)
{
    int x[1048576]; //x[1024*1024]
    int i, n=1048576;

    printf("size = %lu\n", n* sizeof(int));

    for(i=0; i<n; i++)
    {
        x[i]=i;
    }
    printf("Look at top and then press something to finish.");fflush(stdout);
    getc(stdin);
    return 0;
}

顶部显示：

PID  USER   PR  NI  VIRT    RES    SHR  S  %CPU %MEM  TIME+   COMMAND                                    
1352 root   20  0   12404   5500   1304 S  0.0  0.5   0:00.05 test2 

我还编写了第三个代码，其结果与test2相同，我在test2中使用了：

x = malloc(n*sizeof(int));
for(i=0; i<n; i++)
    {
        x[i]=i;
    }

为什么进程的内存使用有这么大的差异？那是因为malloc请求新的内存页并且有内存被浪费吗？还是malloc分配了更多的内存？

test1使用总内存的3.3%，test2使用0.5%。

我正在docker内的Centos 5 64位上执行这些测试。

虚拟环境中的内存：

$ free -m
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:            995          98         845           3          51         808
Swap:          1162         194         967

Answer 1

每次用户请求一些内存时，系统都需要进行一些整理。当仅用指针调用free就足以让系统取消其内存分配时，应该记住这一点。

因此，在您的第一个示例中，您请求内存n次，而在第二个示例中只请求一次。您打算使用的内存是相同的，但系统必须“记住”的信息不是。

Answer 2

必须跟踪每个内存分配，以便free（）可以释放空间以供重用。实际上，这意味着分配的内存大小是最小的；对于32位程序，它可以是8或16字节，对于64位程序，它可以是16-32字节（这取决于系统和使用的C库版本）。

当您单独分配一百万个整数时，每个整数使用8-32个字节，因此您实际上使用了8-32 MiB的内存。当您在堆栈上的单个数组中分配一百万个整数时，您使用的是4 MiB的内存。

因此，您会发现流程大小有很大差异。

当然，第一个程序会泄漏几乎所有的内存，但这与您提出的问题无关。