从 malloc() 进行的 Windows 和 Linux 本机操作系统/系统调用是什么？答案

【问题标题】：What are the Windows and Linux native OS/system calls made from malloc()?从 malloc() 进行的 Windows 和 Linux 本机操作系统/系统调用是什么？
【发布时间】：2013-08-04 16:55:50
【问题描述】：

我最近看到以下帖子：

内存分配器的级别不低于 malloc。（默认分配器通常直接或间接调用 malloc)

分配器只允许您指定不同的分配策略。例如，您可以使用调用 malloc 的分配器一次检索一个大的内存池，然后用于后续分配请求，它只返回这个池的一小块。

或者你可以将它用作一个钩子来允许你执行一些额外的操作每次分配或释放内存时的任务。

关于你的第二个问题，malloc 是你可以不用的最低的失去便携性。 malloc 通常使用一些实现操作系统特定的内存分配函数，这样会比较低级仍然。但这与您的主要问题无关，因为 C++ 分配器是更高级别的抽象。

来自：C++: Memory allocators

我的问题是 - malloc 在以下操作系统中是如何实现的？

适用于 Windows
适用于 Linux

malloc() 调用/实现的特定于操作系统的函数是什么？

【问题讨论】：

对于 Linux，它是 sbrk
标准库的哪个实现？ new / malloc 不一定是 OS API 本身的一部分，例如在 Windows 上，只有 HeapAlloc、VirtualAlloc 等作为其 API 的一部分。
不，sbrk 在 Linux 上几乎已经过时，它正在使用 mmap
您可以使用使用静态数组的固定大小池来提供malloc 或new 的实现。目前的答案是指它是如何为最流行的标准库实现完成的。我想说这个问题没有很好地表述。
malloc 是一个内存分配器。它通常构建在虚拟内存空间管理原语之上（mmap 在许多 Posix 系统上）。

标签： c++ c linux windows performance

【解决方案1】：

我的问题是 - malloc 在以下操作系统中是如何实现的？

在 Linux 上有两个著名的 malloc 实现：

dlmalloc（Doug Lea 的 malloc）

ptmalloc

在 glibc、eglibc 或 newlib 等 Linux libc 上实现 ptmalloc 或 ptmalloc 的变体。

malloc() 调用/实现的特定于操作系统的函数是什么？

在 Unix 和 Linux 系统上使用 sbrk 和 mmap 系统调用。请参阅man 2 sbrk 和man 2 mmap 了解更多信息。

【讨论】：

mmap 比已过时的sbrk 更常用（即不支持多线程）。

【解决方案2】：

好吧，我对 Linux 不太了解，但说到 windows...

内存可以分为两类。

1) 堆（进程堆、自定义创建的堆）参见 -> http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/aa366711(v=vs.85).aspx 使用 HeapAlloc 和 HeapFree 等函数。当您想在默认进程堆中分配时，LocalAlloc 和 LocalFree 可以用作 HeapAlloc 的“快捷方式”。

2) 虚拟内存（由于安全性全局虚拟内存中的访问限制，通常只针对特定进程），使用VirtualAlloc、VirtualFree。见->http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/aa366916(v=vs.85).aspx

据我所知，malloc 会在 windows 上使用堆分配函数。

我希望这会有所帮助。

【讨论】：

"从 16 位代码移植支持全局和局部函数" from here -> 不要使用LocalAlloc
使用Heap* 函数分配的内存对于进程来说也是“本地的”。 IMO，您的回答表明堆和虚拟内存是两个独立的事物-它们不是。堆使用“虚拟内存”，即虚拟地址空间和物理内存。 Virtual* 函数也是如此，它们不仅仅处理虚拟地址空间。
@DyP 第一条评论是对的：不要再使用LocalAlloc，那是16位Windows的遗迹。始终使用HeapAlloc。但第二部分并不完全正确。令人困惑的是，即使在 Win32 中，本地堆和全局堆也是两个略有不同的东西。从一个分配的内存不能在另一个上释放。因此，尽管您是正确的，它们在语义上相似并且对于流程都是“本地的”，但它们并不相同。
另外，直接调用VirtualAlloc 没有什么意义，因为HeapAlloc 会在必要时为您服务。唯一应该直接调用VirtualAlloc 的情况是，如果您正在做一些真正低级内存管理工作并且需要它提供的额外选项。
@CodyGray 我没有谈论全局和本地堆，你指的是什么？我所说的“本地”是指VirtualAlloc 或HeapAlloc 的每个内存分配都是特定于进程的。

【解决方案3】：

在 Windows 中，在 MSVC 的最新版本中，malloc（和 C++ new，因为它使用与 new 的实际内存分配部分相同的基础实现）调用 HeapAlloc()。在其他版本中，例如 g++ mingw，C 运行时是较旧的版本，它不会直接调用 HeapAlloc，但在它的基础上，它仍然会转到 HeapAlloc - 找到不同的东西，我们需要回到 95 之前的 Windows，它确实有一组 GlobalAlloc 和 LocalAlloc 函数 - 但我认为现在人们不使用 16 位编译器 - 至少不是用于 Windows 编程。

在 Linux 中，如果您使用glibc，则取决于分配的大小是否调用sbrk 或mmap - mmap（在标志中带有MAP_ANONYMOUS）用于更大的分配（超过阈值，我认为在典型实现中为 2MB）

【讨论】：

“在 Windows 中，在最近的版本中”-> Windows 的标准库（C 和 C++）的所有实现都使用它吗？（我知道 MSVC 有）
因为 G++（mingw - 不确定 Cygwin 是如何工作的）使用 MSVC（虽然是旧版本，它可能不会直接映射到 HeapAlloc），是的。我不知道有任何 C 或 C++ 库使用除 HeapAlloc 之外的任何东西来实际从 Windows 获取内存块——除非我们回溯到它使用 LocalAlloc 和 GlobalAlloc，但我们正在谈论16 位窗口。
我们的项目在 Windows 上将 ptmalloc() 和 dlmalloc() 与 MSVC 结合使用，使用 VirtualAlloc() 模拟 sbrk()。
mmap 页面似乎是指将设备映射到内存而不是动态分配内存？
@user997112：取决于你传入的标志，更多的是关于将文件映射到内存中。但是使用MAP_ANYNOMOUS（以及正确传递其他参数，如链接中所述），它只是为进程提供了一块内存。

【解决方案4】：

malloc() 和朋友被认为是编译器附带的运行时系统的一部分。所以每个编译器都可以并且确实使用不同的操作系统调用来实现 malloc。

正如其他人所说，在 Linux 上，选项是 sbrk() 和 mmap()。

在 Windows 上，选项是 HeapAlloc() 和 VirtualAlloc()。

【讨论】：

【解决方案5】：

在 Windows 上，malloc 实现通常会调用 win32 堆函数，例如 HeapCreate、HeapDestroy、HeapAlloc、HeapFree。这些函数将调用位于 ntdll.dll 中的 NTDLL 用户模式堆管理器，这些函数将具有 RtlxxxHeap 名称、RtlAllocateHeap、RtlCreateHeap 等...

最终将调用NtxxxVirtualMemory 组内的系统调用NtAllocateVirtualMemory、NtQueryVirtualMemory、NtFreeVirtualMemory。

【讨论】：