Linuxfree函数源码的剖析和分析(linuxfree函数源码)
在Linux系统编程中，free函数是一种常见的用于释放动态分配内存的函数。在底层实现中，free函数的源码十分重要，其涉及到内存管理和垃圾回收等关键问题。本文将对Linux free函数的源码进行剖析和分析，揭示其具体实现方式和原理。
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一、 free函数的基本功能和原理
free函数是一种用于释放动态分配内存的C语言函数。相对于静态分配内存，动态分配内存具有更高的灵活性和效率，可以在程序运行时动态地分配和释放内存。在Linux系统中，程序可以通过malloc函数申请内存，使用free函数释放内存，实现动态内存管理。free函数可以释放由malloc或realloc等函数动态分配的内存。其基本功能为释放一块内存，并将该内存块标记为空闲状态，从而可以再次被程序动态分配使用。
free函数的实现原理是基于堆的内存管理。在内存中，程序运行时需要动态分配的内存和已经使用的内存被分别存储在两个区域中：栈和堆。栈是由系统自动管理的，而堆是由程序代码显式分配和释放的。free函数的原理就是将堆中的被标记为“空闲”的内存块合并成较大的空闲内存块，以便将来可以方便地分配给程序使用。free函数所使用的算法通常是一个称为“分离式空闲列表”的数据结构，可以维护已经被释放的空闲内存块，并允许程序快速地查找并分配空闲内存块。
二、 free函数的源码分析
在Linux系统中，free函数的源码通常包含在stdlib.h头文件中。下面是free函数的简化源码：
“`c++
void free(void* ptr) {
if (ptr == NULL) {
return;
}
// some code to free the memory block
}
“`
上述代码定义了free函数的基本框架，下面将进一步剖析其实现细节。
1. 检查参数
free函数的之一个步骤是检查传入的指针参数是否合法。如果指向的内存块已经被释放或指针为空，那么free函数不会执行任何操作，直接返回。如果指向的内存块是有效的，则free函数继续执行。
“`c++
if (ptr == NULL) {
return;
}
“`
2. 寻找空闲内存块
free函数的下一步是遍历“分离式空闲列表”，查找是否有与传入的指针参数对应的空闲内存块。分离式空闲列表是一个由多个单向链表组成的数据结构，每个链表维护着一段特定大小的空闲内存块。free函数首先根据传入指针参数的大小查找对应的链表，然后遍历该链表，查找是否有空闲内存块与传入指针参数相同。
如果找到了对应的空闲内存块，那么free函数会将该内存块标记为“空闲”，表示该内存块可以被程序再次使用。
“`c++
// some code to find the corresponding free block
if (found) {
// mark the block as free
}
else {
// add the block to the free list
}
“`
3. 合并空闲内存块
在释放内存块的过程中，有可能会出现一些已经被释放的内存块相邻的情况。为了节约内存，free函数会将相邻的空闲内存块合并成一个更大的内存块，以便程序后续再次使用。
“`c++
// merge adjacent free blocks into a larger block
“`
具体实现方式是遍历“分离式空闲列表”，将相邻的空闲内存块合并为一个更大的内存块，并更新分离式空闲列表中相应内存块信息。
三、
本文对Linux free函数的原理、实现方式以及源码分析进行了详细的介绍。Linux free函数是一种用于释放动态分配内存的重要函数，在Linux系统编程中有着十分重要的作用。通过对，可以清楚地了解其实现原理和具体实现方式，提高代码编写和调试的效率和准确性。
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Linux系统动态申请用户空间内存是？
在linux用户空间动态申请戚竖祥内存时是用 malloc() 函数,对应的释放函数是 free() 。 而在内核高搏空间中 申请内存,一般会用到 kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 这三纤运个..
linux系统用户空间中动态申请内存的函数为malloc ()，这个函数在各种操作系统上的使用都是一致的，malloc ()申请的内存的释放函数为free()。对于Linux而言，C库的malloc ()函数一般通过brk ()和mmap ()两个系统调用从内核申请内存。由于用户空间C库的malloc算法实际上具备一个二次管理能力，所以并不是每次申请和释放内存都一定伴随着对内核的系统调用。比如，代码清单11.2的应用程序可以从内核拿到内存后，立即调用free()，由于free()之前调用了mallopt(M_TRIM_THRESHOLD，一1）和mallopt (M_MMAP_MAX，0)，这个free ()并不会把内存还给内核，而只是还给了C库的分配算法（内存仍然属于这个进程)，因此之后所有的动态内存申请和释放都在用户态下进行。另外，Linux内核总是采用按搭空需调页（Demand Paging)，因此当malloc ()返回的时候，虽然是成功返回，但是内核并没有真正给这个进程内存，这个时候如果去读申请的内存，内容全部是0，这个页面的映射是只读的。只有当写到某个页面的时候，内核才在页错误后，真正把这个页面给这个进程。在Linux内核空间中申请内存涉及的函数主要包括kmalloc( ) 、get free pages ( )和vmalloc ()等。kmalloc ()和_get_free pages ()(及其类似函数）申请的内存位于DMA和常规区域的映射区，而且在物理上也是连续的，它们与真实的物理地址只有一个固定的偏移，因此存在较简单的转换关系。而vmalloc()在虚拟内存空间给出一块连续的内存区，实质上，这片闭纳连续的虚拟内存在物理内存中知态瞎并不一定连续，而vmalloc (）申请的虚拟内存和物理内存之间也没有简单的换算关系。
linux系闭缺高统用户空间中动态申请内存的函轿尺数为malloc ()，这个函数在扮耐各种操作系统上的使用都是一致的
linux系统用户空间中动态申请内存的函数为malloc ()，这个函数在各种操作系统上的使用都是一致的，malloc ()申请的内存的释放函数为free()。对于Linux而言，让橘C库的malloc ()函数一般通过brk ()和mmap ()两个系统调用从内核申请内存。由于用户空间C库的malloc算法实际上具备一个二次管理能力，所以并不是每次申请和释放内存都一定伴随着对内核的系统调用。比如，代码清单11.2的应用程序可以从内核拿到内存后，立即调用free()，由于free()之前调用了mallopt(M_TRIM_THRESHOLD，一1）和mallopt (M_MMAP_MAX，0)，这个free ()并不会把内存还给内核，而只是还给了C库的分配算法（内存仍然属于这个进程)，因此之后所有的动态内存申请和释放都在用户态下进行。另外，Linux内核总是采用按需调页（Demand Paging)，因此当malloc ()返回的时候，虽然是成功返回，但是内核并没有真正给这个进程内存，这个时候如果去读申请的内存，内容全部是0，这个页面的映射是只读的。只有当写到某个页面的时候，内核坦搏团才在页错误后，真正把这个页面给这个进程。在Linux内核空间中申请内存涉及的函数主要包括kmalloc( ) 、get free pages ( )和vmalloc ()等。kmalloc ()和_get_free pages ()(及其类似函数）申请的内存位于DMA和常规区域的映射区，而且在物理上也是连续的，它们与真实的物理地址只有一个固定的偏移，因此存在较简单的转换关系。而vmalloc()在虚拟内存空间给出一块连续的内存区，实质银清上，这片连续的虚拟内存在物理内存中并不一定连续，而vmalloc (）申请的虚拟内存和物理内存之间也没有简单的换算关系。
面板是主板信息（内存3200HZ）下面插槽显示是（内存2400HZ）我就总怀疑这个内存是超频超上去的实际应该是2400HZ的
linux内核0.11 获取之一个空闲物理内存页的函数 get_free_page函数 问题
问题关键在于理解以下指令：
“std ; repne ; sca\n\t”
1、std：方向位DF置位，即DI进行自减操作。
2、repne; sca
这两条组合指令实现循环比较。ecx初值为15*1024，al=0，di初值为&mem_map，即从数组mem_map的最后一项开始，依次与al（=0）进行比较。假设数组第i项mem_map==0，则结束循环，此时ecx=i, edi=&mem_map（因为ecx初值为15*1024，di初值为数组最后一项15*1024-1的地址）。找到空闲页面后，将该数组项置1，即*(edi+1)=mem_map=1，即语句“movb $1,1(%%edi)”实现的功能。此时，ecx即为空闲页面索引。
几点说明：
1、rep循环结束条件：
Repeat Prefix Termination Condition 1 Termination Condition 2
REPRCX or (E)CX = None
REPE/REPZRCX or (E)CX = ZF = 0
REPNE/REPNZ RCX or (E)CX = ZF = 1
2、rep循环执行顺序：
WHILE CountReg ≠ 0
DO
Service pending interrupts (if any);
Execute associated string instruction; // 1、执行相关指令。例如scan指令，除了执行al与*di的比较外，di也会被影响，即di自减1（当DF==1时）或自加1（当DF==0时）
CountReg ← (CountReg – 1); // 2、ECX自减
IF CountReg = 0 // 3、判断ECX是否已减到0
THEN exit WHILE loop; FI;
IF (Repeat prefix is REPZ or REPE) and (ZF = 0) // 4、最后才判断其他相关标志。
or (Repeat prefix is REPNZ or REPNE) and (ZF = 1)
THEN exit WHILE loop; FI;
OD;
3、sca指令对di的影响：
After the comparison, the (E)DI register is incremented or decremented automatically according to the setting of
the DF flag in the EFLAGS register. If the DF flag is 0, the (E)DI register is incremented; if the DF flag is 1, the (E)DI
register is decremented. The register is incremented or decremented by 1 for byte operations, by 2 for word operations, and by 4 for doubleword operations.
以上指令请参考《Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual》。
198 unsigned long get_free_page(void)
199{
200 unsigned long result;
201
202repeat:
203 __a__(“std ; repne ; sca\n\t”
204 “jne 1f\n\t”
205 “movb $1,1(%%edi)\n\t”
206 “sall $12,%%ecx\n\t”
207 …
215 :”0″ (0),”i” (LOW_MEM),”c” (PAGING_PAGES),
216 “D” (mem_map+PAGING_PAGES-1)
217 :”di”,”cx”,”dx”);
…
223 }
224 if (!result && swap_out())
225 goto repeat;
226 return result;
227}
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