一 linux內存管理以及內存碎片產生原因

                    
        最底層使用伙伴算法管理內存頁面。系統將所有空閑內存頁面分10個組，每個組中的內存塊大小依次是1，2，4……512個內存頁面，每組中的內存塊大小相 同，并且以鏈表結構保存。大小相同，并且內存地址連續的兩個內存塊稱為伙伴。伙伴算法的中心思想就是將成為伙伴的空閑內存合并成一個更大的內存塊。
        os中使用get_free_page獲取空閑頁面，如果找不到合適大小的空閑頁面，則從更大的組中找到空閑內存塊，分配出去，并將剩余內存分割，插入到 合適的組中。當歸還內存時，啟動伙伴算法合并空閑內存。如果不停的申請內存，并且部分歸還，但歸還的內存不能成為伙伴，長期運行后，所有內存將被分割成不 相鄰的小塊，當再次申請大塊內存時，則可能由于找不到足夠大的連續內存塊而失敗，這種零散的不相鄰的小塊內存稱之為內存碎片。當然這只是理論上的說明，伙 伴算法本身就是為了解決內存碎片問題。

二  malloc子系統內存管理（dlmalloc)
        應用層面的開發并不是直接調用sbrk/mmap之類的函數，而是調用malloc/free等malloc子系統提供的函數，linux上安裝的大多為 DougLea的dlmalloc或者其變形ptmalloc。下面以dlmalloc為例說明malloc工作的原理。
1 dlmalloc下名詞解釋：
   boundary tag: 邊界標記，每個空閑內存塊均有頭部表識和尾部標識，尾部表識的作為是合并空閑內存塊時更快。這部分空間屬于無法被應用層面使用浪費的內存空間。
   smallbins: 小內存箱。dlmalloc將8,16,24……512大小的內存分箱，相臨箱子中的內存相差8字節。每個箱子中的內存大小均相同，并且以雙向鏈表連接。
   treebins: 樹結構箱。大于512字節的內存不再是每8字節1箱，而是一個范圍段一箱。比如512~640, 640~896…..每個箱子的范圍段依次是128，256，512……。每箱中的結構不再是雙向鏈表，而是樹形結構。
   dv chunk:  當申請內存而在對應大小的箱中找不到大小合適的內存，則從更大的箱中找一塊內存，劃分出需要的內存，剩余的內存稱之為dv chunk.
   top chunk: 當dlmalloc中管理的內存都找不到合適的內存時，則調用sbrk從系統申請內存，可以增長內存方向的chunk稱為top chunk.
2 內存分配算法
        從合適的箱子中尋找內存塊–>從相臨的箱子中尋找內存塊–>從dv chunk分配內存–>從其他可行的箱子中分配內存–>從top chunk中分配內存–>調用sbrk/mmap申請內存
3 內存釋放算法
       臨近內存合并–>如屬于top chunk，判斷top chunk>128k，是則歸還系統
                              –>不屬于chunk，則歸相應的箱子

dlmalloc還有小內存緩存等其他機制。可以看出經過dlmalloc，頻繁調用malloc/free并不會產生內存碎片，只要后續還有相同 的內存大小的內存被申請，仍舊會使用以前的合適內存，除非大量調用malloc之后少量釋放free，并且新的malloc又大于以前free的內存大 小，造成dlmalloc不停的從系統申請內存，而free掉的小內存因被使用的內存割斷，而使top chunk<128k，不能歸還給系統。即便如此，占用的總內存量也小于的確被使用的內存量的2倍（使用的內存和空閑的內存交叉分割，并且空閑的內 存總是小于使用的內存大小）。因此可以說，在沒有內存泄露的情況，常規頻繁調用malloc/free并不會產生內存碎片。