Question

我正在尝试编写自己的malloc和free实现，以便学习，只需mmap和munmap（自brk以来sbrk已废弃了。我已经阅读了大量有关该主题的文档，但我看到的每个示例都使用sbrk或者没有很好地解释如何处理大型映射内存区域。

我想写的是这样的想法：我首先绘制一个大区域（即512页）;此区域将包含1到992字节之间的所有分配，以16字节为增量。稍后我将使用4096页区域进行更大的分配（如果请求的大小大于页面，则直接使用mmap）。所以我需要一种方法来存储关于我分配或释放的每个块的信息。

我的问题是，如何正确处理这些信息？

我的问题是：如果我创建链表，如何为每个节点分配更多空间？或者我需要将其复制到映射区域吗？如果是这样，我如何在数据空间和预留空间之间徘徊？或者使用静态大小的数组更好？问题在于我的区域大小取决于页面大小。

Answer 1

基于mmap的malloc有几种可能的实现方式：

顺序（首先适合，最适合）。

创意：使用链接列表，其中最后一个块的大小与页面的剩余大小相符。

struct chunk
{
   size_t size;
   struct chunk *next;
   int is_free;
}

分配
1. 迭代您的列表以获得合适的免费块（可优化）
2. 如果找不到任何内容，请将最后一个块调整大小为所需大小，并创建剩余大小的空闲块。
3. 如果到达页面末尾（size太小，next为NULL），只需mmap一个新页面（可优化：如果大小异常，则生成自定义页面...）
要自由，甚至更简单：只需将is_free设置为1.可选地，您可以检查下一个块是否也是空闲的，并将它们合并到一个更大的空闲块中（注意页面边框）。

优点：易于实施，易于理解，易于调整。

缺点：效率不高（迭代你的整个列表来找到一个块？），需要大量的优化，忙乱的记忆组织

二元伙伴（我喜欢二元算术和递归）

想法：使用2的幂作为大小单位：

struct chunk
{
   size_t size;
   int is_free;
}

此处的结构不需要next，如您所见。

原则如下：

实现：

分配大小为Size的块
1. 获取所需的Block_size = 2^k > size + sizeof(chunk)
2. 找到适合block_size
3. 如果它变小，可以递归拆分。
释放一个街区
1. 将is_free设为1
2. 检查你的好友是否有空（XOR大小，不要忘记确认他和你一样大小）
3. 如果他是，他的身材加倍。递归。

优点：速度极快，内存效率高，干净。

缺点：复杂，一些棘手的案例（页面边框和好友大小）需要保留您的网页列表

Buckets（我有很多时间可以输掉）

这是我没有尝试过的三个方法中唯一的方法，所以我只能说理论：

struct bucket
{
  size_t buck_num;  //number of data segment
  size_t buck_size; //size of a data segment
  void *page;
  void *freeinfo;
}

例如，对于4096字节页面中的512字节存储桶，表示它的位集将是8位位集，假设*freeinfo = 01001000，这意味着第二个和第五个桶是免费的。

优点：从长远来看，迄今为止最快，最干净，在许多小额分配中效率最高

缺点：实现起来非常麻烦，对于小程序而言非常繁重，需要为位集提供单独的内存空间。

可能还有其他算法和实现，但这三种算法和实现最常用，所以我希望你能从中获得想要做的事情。