C中的内存使用问题

Question

请帮忙:) 操作系统：Linux

其中“sleep(1000);”中，此时“top（显示Linux任务）”写了我7.7%MEM使用。 valgrind：未发现内存泄漏。

我明白，写得正确，所有 malloc 结果都是 NULL。 但是为什么这次“睡眠”我的程序没有减少内存？缺少什么？

抱歉我的英语不好，谢谢

~ # tmp_soft
For : Is it free??  no
Is it free??  yes
For 0 
For : Is it free??  no
Is it free??  yes
For 1 
END : Is it free??  yes
END 

~ #top
  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND                                                                
23060 root      20   0  155m 153m  448 S    0  7.7   0:01.07 tmp_soft    

完整来源：tmp_soft.c

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

struct cache_db_s
{
 int       table_update;
 struct    cache_db_s * p_next;
};

void free_cache_db (struct cache_db_s ** cache_db)
{
 struct cache_db_s * cache_db_t;
 while (*cache_db != NULL)
 {
  cache_db_t = *cache_db;
  *cache_db = (*cache_db)->p_next;
  free(cache_db_t);
  cache_db_t = NULL;
 }
 printf("Is it free??  %s\n",*cache_db==NULL?"yes":"no");
}

void make_cache_db (struct cache_db_s ** cache_db)
{
 struct cache_db_s * cache_db_t = NULL;
 int n = 10000000;

 for (int i=0; i = n; i++)
 {
  if ((cache_db_t=malloc(sizeof(struct cache_db_s)))==NULL) {
   printf("Error : malloc 1 -> cache_db_s (no free memory) \n");
   break;
  }
  memset(cache_db_t, 0, sizeof(struct cache_db_s));

  cache_db_t->table_update = 1; // tmp 

  cache_db_t->p_next = *cache_db;
  *cache_db = cache_db_t;
  cache_db_t = NULL;
 }
}

int main(int argc, char **argv)
{
 struct cache_db_s * cache_db = NULL;

 for (int ii=0; ii  2; ii++) {
  make_cache_db(&cache_db);
  printf("For : Is it free??  %s\n",cache_db==NULL?"yes":"no");
  free_cache_db(&cache_db);
  printf("For %d \n", ii);
 }

 printf("END : Is it free??  %s\n",cache_db==NULL?"yes":"no");
 printf("END \n");
 sleep(1000);
 return 0;
}

Answer 1

出于充分的理由，几乎没有内存分配器将块返回到操作系统

---

内存只能以页为单位从程序中删除，即使这样也不太可能被观察到。

如果需要，calloc(3) 和 malloc(3) 会与内核交互以获取内存。但是，很少有 free(3) 的实现将内存返回给内核¹，它们只是将其添加到 calloc() 和 malloc() 稍后将参考的空闲列表中，以便重用该内存。释放的块。这种设计方法有充分的理由。

即使 free() 想要将内存返回给系统，它也需要至少一个连续的内存页才能让内核真正保护该区域，因此释放一小块只会导致保护更改（如果它是）页面中的最后小块。

操作原理

因此，malloc(3) 在需要时从内核获取内存，最终以离散页倍数为单位。这些页面根据程序的需要进行划分或合并。 malloc 和 free 合作维护一个目录。它们在可能的情况下合并相邻的空闲块，以便能够提供大块。目录可能涉及也可能不涉及使用已释放块中的内存来形成链表。 （替代方案是更共享内存和分页友好，并且它涉及专门为目录分配内存。）即使特殊和可选的调试代码被编译成，Malloc 和 free 也几乎没有能力强制访问各个块程序。

---

^{1.事实上，很少有 free() 实现尝试将内存返回给系统，这根本不是因为实现者偷懒。}

^{与内核交互比简单地执行库代码要慢得多，而且好处就会很小。大多数程序都有稳态或不断增加的内存占用，因此花在分析堆寻找可返回内存上的时间将完全浪费。其他原因包括内部碎片使得页面对齐的块不太可能存在，并且返回块很可能会将块碎片分散到任一侧。最后，少数返回大量内存的程序很可能会绕过 malloc() 并简单地分配和释放页面。}

Answer 2

如果您试图确定您的程序是否存在内存泄漏，那么 top 并不是适合该工作的工具（valrind 才是）。

top 显示操作系统看到的内存使用情况。即使您调用free，也不能保证释放的内存会返回给操作系统。通常情况下，不会。尽管如此，内存确实变得“空闲”，因为您的进程可以将其用于后续分配。

编辑如果您的libc支持它，您可以尝试使用M_TRIM_THRESHOLD。即使您确实遵循此路径，也会很棘手（靠近堆顶部的单个已使用块将阻止其下方的所有可用内存被释放到操作系统）。

Answer 3

通常 free() 不会将物理内存归还给操作系统，它们仍然映射在进程的虚拟内存中。如果你分配了一大块内存，libc可能会通过mmap()来分配它；那么如果你释放它，libc可能会通过munmap()将内存释放给操作系统，在这种情况下，top会显示你的内存使用量下降了。

因此，如果您不想显式向操作系统释放内存，可以使用 mmap()/munmap()。

Answer 4

当您free() 内存时，它会返回到标准 C 库的内存池，而不是返回到操作系统。在操作系统的视野中，正如你通过top看到的那样，进程仍然在“使用”这块内存。在此过程中，C 库已占用内存，并且将来可能会从 malloc() 返回相同的指针。

我将从不同的开始对其进行更多解释：

在调用 malloc 期间，标准库实现可能会确定该进程没有从操作系统分配足够的内存。此时，库将进行系统调用，以从操作系统向进程接收更多内存（例如，sbrk() 或 VirtualAlloc() 系统调用分别为 Unix 或 Windows）。

当库向操作系统请求额外的内存后，它会将此内存添加到可从 malloc 返回的内存结构中。稍后对 malloc 的调用将使用该内存，直至其耗尽。然后，该库向操作系统请求更多内存。

当您释放内存时，库通常不会将内存返回给操作系统。造成这种情况的原因有很多。原因之一是库作者相信您将再次调用malloc。如果您不再调用malloc，您的程序可能很快就会结束。无论哪种情况，将内存归还给操作系统都没有太大的好处。

库可能不将内存返回给操作系统的另一个原因是操作系统的内存是在大的连续范围内分配的。仅当整个连续范围不再使用时才能返回它。调用malloc和free的模式可能不会清除整个使用范围。

Answer 5

两个问题：

• 在 make_cache_db() 中，该行

  for (int i=0; i = n; i++)
  

  可能应该阅读

  for (int i=0; i

  否则，您将仅分配一个 cache_db_s 节点。

• 您在 make_cache_db() 中分配 cache_db 的方式似乎有错误。看来你的意图是返回一个指向链表第一个元素的指针；但由于您在循环的每次迭代中都重新分配 cache_db，因此您最终将返回指向列表的 最后 元素的指针。

  如果您稍后使用free_cache_db()释放该列表，这将导致您泄漏内存。但目前，这个问题被上一个要点中描述的错误所掩盖，该错误导致您分配长度仅为 1 的列表。

独立于这些错误，aix 提出的观点非常有效：运行时库不需要将所有free()d内存返回给操作系统。