C语言 mmap 或 malloc 是否分配 RAM?

Question

我知道这可能是一个愚蠢的问题，但我一直在寻找一段时间，找不到明确的答案。如果我使用mmap或malloc(在 C 中，在 Linux 机器上)，任何一个都会在 RAM 中分配空间吗？例如，如果我有 2GB 的 RAM 并且想使用所有可用的 RAM，我可以只使用malloc/memset组合，mmap，还是有我不知道的其他选择？

我想编写一系列可以同时运行的简单程序，并保持在此过程中使用的所有 RAM 以强制使用交换，并且页面经常交换。我已经用下面的程序尝试过了，但这并不完全是我想要的。它确实分配了内存(RAM？)，并强制使用交换(如果正在运行足够的实例)，但是当我调用sleep时，这不仅仅是锁定内存不被使用(所以实际上没有任何东西被交换进出其他进程？)，或者我误解了什么。

例如，如果我运行 3 次，我会使用前两个实例中的 2GB(全部)RAM，然后第三个实例会将前两个实例中的一个换出(RAM)并将当前实例换成 RAM？还是实例 #3 只是使用磁盘或虚拟内存运行？

这带来了另一点，我是否需要分配足够的内存来使用所有可用的虚拟内存来使用交换分区？

最后，会mmap(或任何其他 C 函数。地狱，如果适用，甚至是另一种语言)这样做更好吗？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h> 
#define MB(size) ( (size) * 1024 * 1024)
#define GB(size) ( (size) * 1024 * 1024 * 1024)

int main(){
char *p;
p = (char *)malloc(MB(512));
memset(p, 'T', MB(512));
printf(".5 GB allocated...n");
char *q;
q = (char *)malloc(MB(512));
memset(q, 'T', MB(512));
printf("1 GB allocated...n");
printf("Sleeping...n");
sleep(300);
}

**编辑：我正在使用CentOS 6.4(带有3.6.0内核)作为我的操作系统，如果有的话。

Answer 1

这非常依赖于操作系统/机器。

在大多数操作系统中，两者都不分配 RAM。它们都分配 VM 空间。它们使一定范围的进程虚拟内存可供使用。RAM 通常稍后由操作系统在首次写入时分配。在此之前，这些分配不使用 RAM(除了将它们列为有效 VM 空间的页表)。

如果要分配物理RAM，则必须使每个页面(sysconf(_SC_PAGESIZE)为您提供系统页面大小)变脏。

在 Linux 中，您可以在/proc/self/smaps中看到包含所有详细信息的 VM 映射。Rss该映射的驻留集(RAM 中驻留了多少)，其他所有脏的东西都将被换掉。所有非脏内存都可供使用，但在此之前不存在。

你可以用类似的东西弄脏所有页面

size_t mem_length;
char (*my_memory)[sysconf(_SC_PAGESIZE)] = mmap(
NULL
, mem_length
, PROT_READ | PROT_WRITE
, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS
, -1
, 0
);
int i;
for (i = 0; i * sizeof(*my_memory) < mem_length; i++) {
my_memory[i][0] = 1;
}

在某些实现中，这也可以通过将MAP_POPULATE标志传递给mmap来实现，但是(取决于您的系统)如果您尝试映射更多，则可能会ENOMEMmmap失败，然后您有可用的 RAM。

Answer 2

这里的理论和实践差异很大。从理论上讲，mmap和malloc都不会分配实际的RAM，但实际上它们确实如此。

mmap将分配 RAM 来存储虚拟内存区域数据结构 (VMA)。如果mmap与要映射的实际文件一起使用，它将(除非明确告知不同)进一步分配几页 RAM 来预取映射文件的内容。
除此之外，它只保留地址空间，RAM将在首次访问时分配。

malloc，同样，通过sbrk或mmap告诉操作系统它想要管理地址空间的某些区域(通常比您请求的要大得多)，仅逻辑地保留进程虚拟地址空间内的地址空间量。然后，它通过一些或多或少复杂的算法细分这个巨大的区域，最后保留此地址空间的一部分(正确对齐和舍入)供您使用，并返回指向它的指针。
但是：malloc还需要在某处存储一些额外的信息，否则free以后将无法完成其工作。除了开始地址之外，free至少还需要知道分配块的大小。通常，malloc因此秘密地分配一些额外的字节，这些字节紧挨着你得到的地址 - 你不知道，它不会告诉你。

现在问题的症结在于，虽然理论上malloc不会触及它管理的内存，也不会分配物理 RAM，但实际上它会。这确实会导致创建页面错误和内存页面(即正在使用 RAM)。
您可以在 Linux 下通过保持调用malloc来验证这一点，并观看 OOP 杀手将您的进程炸毁，因为系统耗尽了物理 RAM，而实际上应该还剩下很多。