在不终止程序的情况下将动态分配的内存返回操作系统

Question

我正在开发一个程序，在这个程序中，我使用了大量但有限的内存。内存在不同线程上运行时分配和释放。但是，我注意到程序的内存使用不会保持在指定的范围内。随着时间的推移，它会增加。我编写了以下示例程序来检查内存是否被释放回操作系统。一半分配的内存被释放以检查内存使用是否下降。

int main()
{
    char *p[COUNT];

    for(int i = 0; i < COUNT; i++)
    {
        p[i] = new char[1048576];
        memset (p[i], 0, 1048576);
        printf("%p\n", p[i]);
    }

    printf("done allocating ... \n");

    sleep(10);

    printf("Freeing\n");
    for(int i; i < COUNT; i++)
    {
        delete[] p[i];
    }

    while(1)
        sleep(1);
}

运行程序后，操作系统似乎不会回收释放的页面。分配内存和释放内存后，内存使用情况与linux中的“top”命令中的相同。它只是将这些页面标记为可供同一程序重用的免费页面。在我的程序中，malloc和free在不同的线程上运行。当调用malloc的频率远高于空闲时，这会带来内存管理问题，并且html" target="_blank">进程数据段变得非常大，导致操作系统将页面交换到磁盘。这使得程序和操作系统变得缓慢且无响应。操作系统有没有办法回收释放的内存？

Answer 1

进程退出后，将回收进程使用的所有内存。操作系统可能会推测性地缓存数据以备不时之需（如Linux Ate My RAM上所述）。每当另一个进程需要内存时，就会释放内存。

编辑：因为您指的是长时间运行的服务器进程，所以您关心的是进程仍在运行时的内存使用情况。我建议使用valgrind作为检测应用程序内存泄漏的工具，使用RAII作为防止内存泄漏的编码技术。注意Linux上的内存使用情况（以及一般情况！）很难测量/解释，ps和top等工具的输出可能具有误导性和不直观性，例如根据此答案。

Answer 2

在Linux上，您可以使用mmap（2）获得一些空间（在虚拟内存中）（由malloc或operator new等使用）。然后您可以稍后使用munmap发布它

由于mmap和munmap的成本有点高，所以malloc（因此，通常在malloc之上实现的操作符new）尝试重用以前可用的内存区域，所以不要总是向内核释放内存（低于一个大阈值，可能是128K或更多）。

顺便说一句，proc（5）为内核提供了一个有用的接口来查询事物。对于pid 1234的进程，您可以cat /proc/1234/maps来显示其地址空间内存映射（在进程内部，使用/proc/Self/map）

所以你可以编码：

const size_t sz = 1048576;
/// allocating loop
for (i=0; i < 2000 ;i++ ) {
  void* ad = mmap(NULL, sz, PROT_READ|PROT_WRITE, 
                  MMAP_PRIVATE|MMAP_ANONYMOUS,
                  -1, (off_t)0);
  if (ad == MMAP_FAILED)
    { perror("mmap"); exit (EXIT_FAILURE); }
  p[i] = ad;
  memset (p[i], 0, sz); // actually uneeded
}
printf ("done allocating ... \n");
sleep(5);
// freeing loop
printf("Freeing\n");
for (i=0; i < 2000 ;i++ ) {
  if (munmap((void*)p[i], sz)) 
    { perror("munmap"); exit(EXIT_FAILURE); }
  p[i] = nullptr;
}

请注意，使用“匿名映射”（MAP\u ANONYMOUS）的mmap将在成功时提供一个归零的内存区域，因此您不需要使用memset来清除它。

在C中，如果需要，您还可以定义自己的操作符new（调用mmap）和操作符delete（调用munmap）。

另请阅读高级Linux编程。