你确定你理解内存分配吗？

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导读	内存是计算机中必不可少的资源，因为 CPU 只能直接读取内存中的数据，所以当 CPU 需要读取外部设备 (如硬盘) 的数据时，必须先把数据加载到内存中。

你确定你理解内存分配吗？

内存是计算机中必不可少的资源，因为 CPU 只能直接读取内存中的数据，所以当 CPU 需要读取外部设备 (如硬盘) 的数据时，必须先把数据加载到内存中。

我们来看看可爱的内存长什么样子的吧，如图 1 所示：

你确定你理解内存分配吗？

一、内存申请

通常使用高级语言 (如 Go、Java 或 Python 等) 都不需要自己管理内存(因为有垃圾回收机制)，但 C/C++ 程序员就经常要与内存打交道。

当我们使用 C/C++ 编写程序时，如果需要使用内存，就必须先调用 malloc 函数来申请一块内存。但是，malloc 真的是申请了内存吗?

我们通过下面例子来观察 malloc 到底是不是真的申请了内存：

#include  
 
int main(int argc, char const *argv[]) 
{ 
   void *ptr; 
 
   ptr = malloc(1024 * 1024 * 1024); // 申请 1GB 内存 
 
   sleep(3600); // 睡眠 3600 秒, 方便调试 
 
   return 0; 
}

上面的程序主要通过调用 malloc 函数来申请了 1GB 的内存，然后睡眠 3600 秒，方便我们查看其内存使用情况。

现在，我们编译上面的程序并且运行，如下：

$ gcc malloc.c -o malloc 
$ ./malloc

并且我们打开一个新的终端，然后查看其内存使用情况，如图 2 所示：

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图 2 中的 VmRSS 表示进程使用的物理内存大小，但我们明明申请了 1GB 的内存，为什么只显示使用 404KB 的内存呢? 这里就涉及到虚拟内存和物理内存的概念了。

二、物理内存与虚拟内存

下面先来介绍一下物理内存与虚拟内存的概念：

物理内存：也就是安装在计算机中的内存条，比如安装了 2GB 大小的内存条，那么物理内存地址的范围就是 0 ~ 2GB。

虚拟内存：虚拟的内存地址。由于 CPU 只能使用物理内存地址，所以需要将虚拟内存地址转换为物理内存地址才能被 CPU 使用，这个转换过程由 MMU(Memory Management Unit，内存管理单元) 来完成。虚拟内存大小不受物理内存大小的限制，在 32 位的操作系统中，每个进程的虚拟内存空间大小为 0 ~ 4GB。

程序中使用的内存地址都是虚拟内存地址，也就是说，我们通过 malloc 函数申请的内存都是虚拟内存。实际上，内核会为每个进程管理其虚拟内存空间，并且会把虚拟内存空间划分为多个区域，如图 3 所示：

你确定你理解内存分配吗？

我们来分析一下这些区域的作用：

代码段：用于存放程序的可执行代码。

数据段：用于存放程序的全局变量和静态变量。

堆空间：用于存放由 malloc 申请的内存。

栈空间：用于存放函数的参数和局部变量。

内核空间：存放 Linux 内核代码和数据。

三、brk 指针

由此可知，通过 malloc 函数申请的内存地址是由堆空间分配的(其实还有可能从 mmap 区分配，这种情况暂时忽略)。在内核中，使用一个名为 brk 的指针来表示进程的堆空间的顶部，如图 4 所示：

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所以，通过移动 brk 指针就可以达到申请 (向上移动) 和释放 (向下移动) 堆空间的内存。例如申请 1024 字节时，只需要把 brk 向上移动 1024 字节即可，如图 5 所示：