【初探】内存管理知多少

日期：20160614

作者：i.sshe

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【初探】内存管理知多少?

1. 基础问题

1.1 常见的内存管理方式有哪些？

1.2 什么是虚拟内存？

1.3 什么内存泄漏？如何检测？如何避免？

1.4 什么是内存溢出？

2. 拓展问题

2.1 什么是段错误？

2.2 什么是碎片？什么是外碎片？什么是内碎片？

2.3 什么是ELF？

2.4 如何知道系统中进程能分配多大的内存？

2.5 什么是动态链接？什么是静态链接？

3. 基础问题解答

3.1 常见的内存管理方式有哪些？

页式管理：将一个进程的逻辑地址空间划分成若干个大小相等的部分，每个部分称为页。

优点：

没有外碎片，内碎片不大于一页。

缺点：

程序全部装入内存；

要求相应的硬件支持。

段式管理：

把程序按内容或过程函数关系分段，每个段有自己的名字。

优点：

可以根据不同的段采用不同的保护；

可以以段为单位进行共享；

可以分别编写和编译；

缺点：

会产生碎片；

段页式管理：

主存分段，段内再分页。

内存分配时，是以页为单位。

每取一次数据都要访问3次内存。

优点：

内存利用率更高；

以上种管理方式的优点都有；

缺点：

需要硬件支持；

占用内存更多；

执行速度有所下降；

3.2 什么是虚拟内存？

基本思路： 用廉价、缓慢的磁盘来扩充快速、昂贵的内存。

程序使用的虚拟内存中的内容就被载入物理内存，物理内存中一段时间不用的数据，会被移动到磁盘，省下的物理内存用于其他地方。

优点：

扩大地址空间；

内存保护。每个进程运行在各自的虚拟内存中，互不干扰。

内存分配公平。每个进程都可以得到同样大小的虚拟内存。

进程通信可采用虚拟共享的方式。

缺点：

虚拟内存的管理需要各种数据结构，需要额外的内存。

虚拟地址和物理地址的转换需要时间。

数据的换入换出需要磁盘I/O，需要大量时间。

3.3 什么内存泄漏？如何检测？如何避免？

内存泄漏：未释放不再使用的内存。

内存泄漏是最难调试发现的问题之一。

检测方法：

方法一：

使用命令swap(或其他netstat、vmstat)观察是否有内存泄漏。（1~2分钟内执行5次左右）

确定可疑进程。（可使用ps命令查看进程大小，多次执行，观察内存增长的进程）

避免方法：

调用malloc()分配内存后，注意用对应的free()释放内存。

必要时，使用alloca()分配动态内存：当离开调用alloca()的函数时，内存会被释放。

3.4 什么是内存溢出？

内存溢出（out of memory）：是指程序在申请内存时，没有足够的内存空间供其使用。例如C语言中声明int类型，赋值long型就有可能会溢出。

4. 拓展问题解答

4.1 什么是段错误？

段错误(segmentation fault(core dumped))

产生原因：

解引用一个未初始化或非法值的指针。（p是指针，*p即为解引用）

int *p = null;
*p = 22;

解引用一个空指针。

未得到正确权限时进行访问。（如：写只读的文本段）

堆或栈空间耗尽。

越界访问：

p = malloc(10);
p[10] = 10;

同一内存释放两次；

释放不是malloc分配的内存；

释放使用中的内存；

4.2 什么是碎片？什么是外碎片？什么是内碎片？？

碎片：由于内存分配造成的小空隙的无法被使用的内存。

内碎片：分配给某程序的内存空间，程序不使用，但系统也无法再利用（直到程序结束）。

外碎片：空间太小，无法分配给任何的进程，这些小空间即外碎片。

4.3 什么是ELF？

目标文件和可执行文件可以有几种不同的格式，ELF是其中一种（绝大多数SVr4系统中采用）。【BSD UNIX中是：a.out格式】

ELF：原意为“Extensible Linker Format， 可拓展链接器格式”，现在表示为“Executable and Linking Format， 可执行文件和链接格式”

4.4 如何知道系统中进程能分配多大的内存？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
int mb=0;
while(malloc(1<<20))        //1<<20可以改其他。
{
mb++;
}
printf("mb = %d\n", mb);

return 0;
}

4.5 什么是动态链接？什么是静态链接？

静态链接：函数库的一份拷贝是可执行文件的一部分。（并不是整个函数库，只是需要的函数！）

动态链接：运行时载入所需函数库。（可执行文件只包含文件名，运行时载入器根据文件名找到函数库）

优点：

可执行文件体积小；

能更有效地利用磁盘空间；

函数库升级更容易；

缺点：

运行速度稍慢；

linux下动态链接后缀为.so, 静态链接后缀为.a;

-l 选项链接函数库；

-L 选项指定目录；

静态链接时要注意顺序的问题，否则会遇到各种“未定义”；（被调用的写后面，调用的写前面）

5. 参考资料

《C专家编程》

《计算机操作系统》