tls现代的应用程序都运行在一个内存空间里，在32位的系统里(3)

1.3.1 什么是堆

光有栈对于面向过程的程序设计还远远不够，因为栈上的数据在函数返回的时候就会被释放掉，所以无法将数据传递至函数外部。而全局变量没有办法动态地产生，只能在编译的时候定义，有很多情况下缺乏表现力。在这种情况下，堆是唯一的选择。

堆是一个块巨大的内存空间，常常占据整个虚拟空间的绝大部分。在这片空间里，程序可以请求一块连续内存，并自由使用，这块内存在程序主动放弃之前都会一直保持有效。

例如：

那么malloc到底是怎么实现的呢？有一种做法是，把进程的内存管理交给操作系 统内核去做，既然内核管理着进程的地址空间，那么如果它提供了一个系统调用，那么让程序使用这个系统调用申请内存，不就可以了吗？当然这是一种理论上的做 法，但实际上这样不可行，如果每次程序的申请和释放都要进程系统调用，那么性能的开销很大。比较好的做法是程序向操作系统申请一块适当大小的堆空间，然后 由程序自己管理这块空间，而具体来讲，管理着堆空间分配的往往是程序的运行库。

运行库相当于向操作系统“批发”了一块较大的堆空间，然后“零售”给程序用。 当全部“售完”（由malloc分配）或程序由大量的内存需求时，再根据实际需求向操作系统“进货”（由brk和mmap分配）。当然运行库在向程序零售 堆空间时，必须管理它批发来的堆空间，不能把同一块地址出售两次，导致地址的冲突。于是运行库需要一个算法来管理堆空间，这个算法就是堆的分配算法。不过 在了解具体的分配算法之前，我们来看看运行库是怎么向操作系统批发内存的。

malloc分配的时候，首先在堆中查找是否有空闲块用来分配，如果有空闲块，则直接分配；如果没有，当要分配的内存小于128KB时，malloc函数中调用brk申请虚拟内存用来进行分配，否则，调用mmap向操作系统批发虚拟内存，然后分配给用户。

可以看看：

1.3.2 Linux进程堆管理

Linux下的进程堆管理有两种分配方式，即两个系统调用：一个是brk()系统调用，另外一个是mmap()。（这两个函数用于向操作系统批发内存作为堆空间）

int brk(void *end_data_segment);

brk()的作用实际上就是设置进程数据段的结束地址，即它可以扩大或者缩小数据段。

mmap()的作用就是向操作系统申请一段虚拟地址空间，当然这块虚拟地址空间可以映射到某个文件，当它不将地址空间映射到某个文件时，我们又称这块空间为匿名空间，匿名空间就可以拿来作为堆空间。它的声明如下：

void *mmap(void *start,size_t length,int prot,int flags,int fd, off_t offset);

mmap的前两个参数分配用于指定需要申请的空间的起始地址和长度，如果起始地址设置为0，那么Linux系统会自动挑选合适的起始地址。

Q&A

Q：可以重复释放两次堆里的同一片内存吗？

A：不能。几乎所有的堆实现里，都会在重复释放同一片堆里的内存时产生错误。

Q：调用malloc会不会最后调用到系统调用或者API？

A：这个取决于当前进程向操作系统批发的那些空间还够不够用，如果够用了，那么它可以直接在仓库里取出来卖给用户；如果不够用了，它就只能通过系统调用或者API向操作系统再进一批货了。

Q:malloc申请的内存，进程结束以后还会不会存在？

A：不会存在。因为当进程结束后，所有与进程相关的资源，包括进程的地址空间、内存空间、打开的文件、网络链接等都被操作系统关闭或者收回，所以无论malloc申请了多少内存，进程结束以后都不存在了。

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