malloc和free實現的原理

還是要認真看深入理解電腦系統

http://blog.csdn.net/llhyy17/article/details/5375298

記憶體配置是按照堆塊實現的，一個堆塊是由頭部和有效載荷量組成，其中的有效載荷量就是我們申請的堆的大小。

頭部塊包括 塊大小和是否可用 這兩個部分組成。

在記憶體中這些堆塊以鏈表形勢組成

malloc函數的實質體現在，它有一個將可用的記憶體塊串連為一個長長的列表的所謂空閑鏈表。調用malloc函數時，它沿串連表尋找一個大到足以滿足使用者請求所需要的記憶體塊。然後，將該記憶體塊一分為二（一塊的大小與使用者請求的大小相等，另一塊的大小就是剩下的位元組）。接下來，將分配給使用者的那塊記憶體傳給使用者，並將剩下的那塊（如果有的話）返回到串連表上。調用free函數時，它將使用者釋放的記憶體塊串連到空閑鏈上。到最後，空閑鏈會被切成很多的小記憶體片段，如果這時使用者申請一個大的記憶體片段，那麼空閑鏈上可能沒有可以滿足使用者要求的片段了。於是，malloc函數請求延時，並開始在空閑鏈上翻箱倒櫃地檢查各記憶體片段，對它們進行整理，將相鄰的小空閑塊合并成較大的記憶體塊。 

在對記憶體塊進行了 free 調用之後，我們需要做的是諸如將它們標記為未被使用的等事情，並且，在調用 malloc 時，我們要能夠定位未被使用的記憶體塊。因此， malloc返回的每塊記憶體的起始處首先要有這個結構：

//清單 3. 記憶體控制塊結構定義
struct mem_control_block {
    int is_available;
    int size;
};

現在，您可能會認為當程式調用 malloc 時這會引發問題 —— 它們如何知道這個結構？答案是它們不必知道；在返回指標之前，我們會將其移動到這個結構之後，把它隱藏起來。這使得返回的指標指向沒有用於任何其他用途的記憶體。那樣，從調用程式的角度來看，它們所得到的全部是閒置、開放的記憶體。然後，當通過 free() 將該指標傳遞迴來時，我們只需要倒退幾個記憶體位元組就可以再次找到這個結構。

　　在討論分配記憶體之前，我們將先討論釋放，因為它更簡單。為了釋放記憶體，我們必須要做的惟一一件事情就是，獲得我們給出的指標，回退 sizeof(struct mem_control_block) 個位元組，並將其標記為可用的。這裡是對應的代碼：

清單 4. 解除配置函數
void free(void *firstbyte) {
    struct mem_control_block *mcb;
/* Backup from the given pointer to find the
 * mem_control_block
 */
   mcb = firstbyte - sizeof(struct mem_control_block);
/* Mark the block as being available */
  mcb->is_available = 1;
/* That''s It!  We''re done. */
  return;
}

如您所見，在這個分配程式中，記憶體的釋放使用了一個非常簡單的機制，在固定時間內完成記憶體釋放。