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六、内存管理
本章节部分是理解后文所有编程代码题的关键，也就是代码中必然包含一系列对于内存的操作。
1、Linux内存管理机制
此部分转到教材部分自行阅读了解即可，大部分知识均在此前的操作系统、计算机硬件等科目中学习过。
2、 内存控制
写代码不用背头文件，直接写代码就可以。
贴出每部分函数所需的头文件，供拔高/优秀同学学习记忆：
内存的分配与释放
头文件：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>（1）malloc 申请内存空间
void *malloc(size_t n)
其中n为指定分配的字节数，执行成功返回内存空间首地址，失败返回NULL。
注意：申请后的内存空间未初始化，需要调用memset初始化。
同时由于此函数值类型为void型指针，因此可将返回类型转换后赋值给任意类型指针。
char * buffer;
buffer = (char * )malloc(100);（2）calloc 申请内存空间并初始化
void *calloc(size_t n,size_t size)适合为数组申请空间，示例：
int * buffer;
buffer = (int * )malloc(10,sizeof(int));由于其相比malloc多出了为申请好的内存初始化的操作，所以效率比malloc低。
（3）free 释放内存
void free(void *p)在使用malloc或calloc申请内存并使用完成后需要手动释放内存空间，否则会导致内存泄漏。
内存映射
头文件：
#include<unistd>
#include<sys/mman.h>由于用户层程序不能直接访问磁盘等物理设备，需要通过操作系统预留的open、close、read、write等方法走内核层间接去访问磁盘文件，为了加快文件等数据处理速度，引入内存映射概念：
内存映射就是将文件或者其他对象映射到用户空间中，通过对映射内存区域的修改，直接反应到文件磁盘上，类似“虚拟内存与物理内存”的关系。
通俗来说，传统读写方式是经过操作系统，绕路；而内存映射则是操作系统在内核与用户态之间开出一块“空地”，在这块“空地”上执行的任何操作，在操作完毕后都会直接关联到物理设备。
内存映射就是为了提高数据交换的效率。
（4）mmap 内存映射
void *mmap(void *start,size_t length,int port,int flags,int fd, off_t offsize)其中：
start：映射目标内存起始地址，通常设置为Null，由系统自动选定。
length：映射区长度，通常为文件数据类型大小*文件最大长度，见后文示例。
port：映射区域保护方式，即映射区允许操作权限，可通过or运算符有机结合。
（PORT_固定 后面变化 很好背）
PORT_EXEC—可执行
PORT_READ—可读取
PORT_WRITE—可被写入
PORT_NONE—不能存取
flags：映射区域特性，死背 -> MAP_SHARED
MAP_SHARED：映射空间共享，即与其他所有映射这个对象的进程共享映射空间。
调用msync或者munmap函数后更新文件。
fd：有效的文件描述词。即为文件对象。
offsize：被映射对象内容的起点，默认为0。
（5）munmap 解除映射
int munmap(void *start,size_t length)其中：
start：将要释放映射区的起始地址。
length：必须为mmap中映射区长度。若小于将会造成内存泄漏。
注意：前文提过，在映射空间共享的情况下，进程在映射空间对共享内容的改变不会直接写回到磁盘文件中，往往调用munmap函数后才会执行msync函数实现磁盘文件内容与共享内存区的内容一致。成功返回0，失败返回-1。
（6）msync 刷新变化
msync(void *start,size_t len, int flags)其中：
start：映射区的开始地址。
len：映射区的长度。
flags：控制回写到文件的具体方式。默认 -> MS_SYNC
MS_SYNC：等待写操作完成后才返回
内存映射实例：
#define MAX 10000int main(){// 打开名为"test"的文件// O_RDWR：以读写模式打开// 0064：设置文件权限（八进制），表示：// - 所有者：读写（6 = 4+2）// - 同组用户：读（4）// - 其他用户：无权限（0）// 返回值fd是文件描述符fd = open("test",O_RDWR,0064);// 返回值array指向映射的内存起始地址array = mmap(NULL,sizeof(int)*MAX,PORT_READ | PORT_WRITE | PORT_EXEC,MAP_SHARED,fd,0);// 遍历数组所有元素for(i=0;i<MAX;++i)++array[i]; // 每个元素值加1// 解除内存映射munmap(array,sizeof(int)*MAX);// 将映射区域的修改同步到文件msync(array,sizeof(int)*MAX,MS_SYNC);// 关闭文件描述符close(fd);return 0;}3、内存操作
头文件：
#include<unistd>
#include<sys/mman.h>（1）内存复制
void bcopy(const void *src,void *dest,int n)
void *memcpy(void *dest,const void *src,int n)其中：
src：指向源地址的指针。
dest：指向目标地址的指针。
n：一次复制的字节长度n。
bcopy和memcpy的区别就是源和目的指针的先后顺序。推荐使用memcpy函数。
（2）内存赋值
void bzero(void *s,int n)
void *memset(void *s,int c,size_t n)其中：
s：内存区域指针。
n：向内存区域前n个字节填入0（bzero） / 字节(memset)。
c：赋值。
bzero只能将指定内存区域赋值为0，推荐使用memset可将任意值填入内存。
（3）内存查找
void *memchr(const void *s,int c,size_t n)其中：
s：指向内存区域首地址的指针。
c：待查找字符。
n：搜索范围为前n个字节，找到则返回指向该字节的指针；找不到返回0。
（4）内存比较
int memcmp(const void *s1,const void *s2,size_t n)其中：
s1：第一个内存区域的指针。
s2：第二个内存区域的指针。
n：比较区间为前n个字符。
若s2大于s1则返回值>0；反之返回值<0。
取内存分页大小
头文件：
#include<unistd.h>函数：
size_t getpagesize(void)返回值为分页大小，单位字节。
Linux中的内存管理机制是什么？
答：①虚拟内存管理机制：分页式/分段式/段页式存储管理+虚拟内存管理
②线性地址空间与物理地址管理
什么是段页式管理方式其优点是什么？
答：
- 分段：将程序逻辑划分为多个段（如代码段、数据段、堆、栈等），每个段有独立的基址和长度，便于程序模块化管理。
- 分页：在分段的基础上，将每个段进一步划分为固定大小的页（如4KB），并通过页表映射到物理内存，提高内存利用率。
优点：分页既能提高物理内存利用率，分段又可以提供逻辑隔离。
线性地址如何映射到物理地址？ （引申段页式管理的工作流程）
逻辑地址 → 线性地址（分段转换）
- CPU访问内存时，逻辑地址（
段选择符:段内偏移）通过段描述符表（GDT/LDT）转换为线性地址（虚拟地址）。- 例如：
CS:EIP（代码段+指令指针）转换为线性地址。线性地址 → 物理地址（分页转换）
- 线性地址通过多级页表（如x86的4级页表）映射到物理页框（Page Frame）。
- 页表由MMU（内存管理单元）和TLB（快表）加速查找。
什么是内存泄漏？如何避免内存泄漏？
答：答案在前文叙述当中。
内存映射相比一般的文件读/写操作有什么好处？
答：答案在前文叙述当中。
使用mmap函数设计一段程序实现内存映射。
答：答案在前文示例中。
使用内存操作函数完成内存复制操作。
答：
#include <stdio.h> #include <string.h>int main() {char src[] = "Hello, World!";char dest[20];// 复制 src 的内容到 destmemcpy(dest, src, strlen(src) + 1);printf("Copied string: %s\n", dest); // 输出: Hello, World!return 0; }
未完待续....因为我也在复习..... QwQ