Question

我看到this answer是一个栈溢出问题，它说在c程序的最后释放内存实际上是有害的，因为它将无法使用的变量移到系统内存中。

我很困惑，为什么C中的free（）方法会执行与操作系统在程序结尾处回收堆不同的任何事情。

有人知道在内存管理方面free（）和终止之间是否存在真正的区别，如果有，操作系统如何将这两个区别对待？

例如

这两个简短程序之间会发生什么不同吗？

void main() {
    int* mem = malloc(1);
    return 0;
}

void main() {
    int* mem = malloc(1);
    free(mem);
    return 0;
}

Answer 1

否，与exit或abort一样终止程序不会以与free相同的方式回收内存。使用free会导致某些活动，当操作系统丢弃malloc和free维护的数据时，这些活动最终将无效。

exit有一些复杂之处，因为它不会立即终止程序。现在，让我们考虑立即终止程序的效果，然后再考虑以后的复杂性。

在通用多用户操作系统中，当进程终止时，操作系统会释放其用于其他目的的内存。¹在很大程度上，这仅意味着操作系统系统执行一些会计操作。

相反，当您调用free时，程序中的软件将运行，并且它必须查找要释放的内存的大小，然后将有关该内存的信息插入其正在维护的内存池中。这样的分配可能有成千上万。释放所有数据的程序可能必须执行对free的数千次调用。但是，最后，当程序退出时，free产生的所有更改都将消失，因为操作系统将丢弃有关该内存池的所有数据-所有数据都位于该操作的内存页中系统不保留。

因此，就此而言，the answer you link to是正确的，调用free是浪费。而且，正如所指出的那样，必须遍历程序中的所有数据结构以获取它们中的指针，以便它们所指向的内存可以被释放，如果这些数据结构已被换出，则它们将被读入内存中。到磁盘。对于大型程序，可能需要花费大量时间和其他资源。

另一方面，不清楚是否很容易避免多次调用free。这是因为释放内存并不是终止程序唯一需要清除的内容。程序可能希望将最终数据写入文件或将最终消息发送到网络连接。此外，程序可能没有直接建立所有这些上下文。大多数大型程序都依赖于软件层，并且每个软件包可能都设置了自己的上下文，并且通常没有提供任何方法告诉其他软件“我现在要退出。完成有价值的上下文，但是跳过所有的内存释放。”因此，所有需要的清理任务可能会与自由内存任务交织在一起，并且可能没有解开它们的好方法。

通常应编写软件，以便在程序突然中止时不会有任何可怕的事情发生（因为这可能是由于断电而引起的，而不仅仅是故意的用户操作）。但是，即使程序可以忍受中止，但正常退出仍然会有价值。

回到exit，调用C exit例程不会立即退出程序。调用退出处理程序（在atexit中注册），刷新流缓冲区，并关闭流。您调用的所有软件库都可能设置了自己的退出处理程序，以便它们可以在程序退出时完成。因此，如果您要确保程序中使用的库在结束程序时没有调用free，则必须调用abort，而不是exit。但是通常最好以优雅的方式结束程序，而不是中止程序。调用abort不会调用出口处理程序，刷新流，关闭流或执行exit所做的其他结束代码-程序调用{{1}}时数据可能会丢失。

脚注

¹释放内存并不意味着它立即可用于其他目的。具体结果取决于内存的每一页。例如：

如果与其他进程共享内存，则它们仍然需要该内存，因此，释放该进程使用该内存只会减少使用该内存的进程数。它不能立即用于任何其他用途。
如果该内存未由任何其他进程使用，但包含从磁盘上的文件映射的数据，则操作系统可能会在需要时将其标记为可用，但暂时不予处理。这是因为您可能会再次运行同一程序，并且如果数据仍在内存中会很好，那么为什么不把它留在原地以防万一呢？该数据甚至可能由使用相同文件的其他程序使用。（例如，许多程序可能使用相同的共享库。）
如果该内存未由任何其他进程使用，而只是被程序用作工作区，而不是从文件映射而来，则系统可能会将其标记为立即可用并且不包含任何有用的东西。

Answer 2

这两个简短程序之间会发生什么不同吗？

简单的答案是：这没有什么区别，两种情况下内存都释放给系统。严格来说，调用border-radius并不是必须的，并且确实会带来无穷的开销，但是在尝试跟踪更复杂的程序中的内存泄漏时可能会很有用。

终止程序是否以与free()相同的方式回收内存？

不完全是：

终止程序会释放该程序使用的内存，无论是用于程序代码，数据，堆栈还是堆。它还释放了一些其他资源，例如文件句柄，设备句柄，网络套接字...，无论free分配了多少内存块，这一切都可以高效完成。
相反，malloc()使程序可以进一步使用内存块供以后对free()或malloc()的调用。根据其大小和堆的实现，此释放的块可能会或可能不会返回给操作系统供其他程序使用。同样值得一提的是碎片问题，在该问题中，释放的内存小块可能无法用于较大的分配，因为它们被分配的块包围。 C堆不执行打包或碎片整理，它只是合并相邻的空闲块。在离开程序之前释放所有分配的块可能对调试有用，但可能很复杂且很耗时，而对于程序终止后由系统重用内存不是必需的。

Answer 3

free()是用户级别的内存管理功能，取决于您当前正在使用的malloc实现。用户级分配器可能会维护内存块的链表，而malloc / free将获取适当大小的块/将其放回原处。

exit()销毁地址空间和所有区域。这与malloc堆以及用于管理进程地址空间的其他一些区域和内核数据结构有关：

每个地址空间由许多页面对齐的区域组成正在使用的内存数量。它们从不重叠并代表一组包含彼此相关的页面的地址保护条款和目的。这些区域由 struct vm_area_struct，大致类似于 BSD中的vm_map_entry结构。为了清楚起见，区域可以代表与malloc（）一起使用的进程堆，malloc（）是内存映射文件，例如共享库或分配给它的匿名内存块 mmap（）。该区域的页面可能仍然需要分配，例如活动和居民或已被调出页面

参考：https://www.kernel.org/doc/gorman/html/understand/understand007.html

Answer 4

精心设计的程序在退出时释放内存的原因是为了检查内存泄漏。如果您的应用程序级内存分配在上次取消分配之后没有变为零，则说明您的内存存在未被正确管理的内存，并且代码中可能存在内存泄漏。

这两个简短程序之间会发生什么不同吗？

是

我很困惑，为什么C中的free（）方法会执行与操作系统在程序结尾处回收堆不同的任何事情。

操作系统在页面中分配内存。堆管理器（例如malloc / free实现）从操作系统分配页面，并将页面细分为较小的分配。调用free（）通常会将内存返回到堆中。他们不会将页面返回到操作系统。

终止程序是否以与free（）相同的方式回收内存？

4 个答案:

脚注