【内存碎片/内存空洞】

内存碎片/内存空洞

内存碎片： 

程序长时间运行后，由于不停的malloc/free操作，尽管不存在内存泄露，但程序所占用的内存空间越来越大，有时候还会导致malloc申请失败，这就是由于内存碎片所导致。

 

产生原因： 

非mmap申请的内存，其释放，只能从堆顶开始。中间部分的内存即使通过free释放掉，但仍然是被当前程序所占用，并未彻底释放到堆中，无法供其他程序使用。只有堆顶部分内存也释放后，这片区域才能融合成一大片空间。

 

解决方案： 

此问题没有最终的完美的解决方案。

 

尽可能多采用内存空间的复用，减少频繁申请大量小的内存块的操作。

对程序所需要的动态内存进行统一规划。把需要长时间占用的内存的申请操作，在程序刚启动后初始化时进行，把不需要长时间占用的内存的申请操作，后执行。这样堆顶可以尽早释放。 

但要注意的是，内存分配不一定是顺序的，即后来申请的内存地址不一定就比原来的内存地址大，可能用了之前释放的一片区域。

 

 

内存空洞和内存泄漏造成的内存增长是有区别的：

内存泄漏是申请了的内存没有释放，如果你在做多次同样的操作，进程所使用的内存应该保持同样的一个速度进行增长。

内存空洞是申请并释放了的内存由于不处于堆顶无法返还给系统，但是这些内存还是能留给进程自身使用，所以如果你做多次同样的操作，进程所使用的内存应该停留在一个水平线上，不怎么增长，或者增长不多。

程序员可以根据这个现象来判断，你的进程中存在的是内存泄漏还是内存空洞。

在实际情况中，内存空洞的现象并很多，通过我的观察在堆中，更多的是内存的碎片而不是内存空洞。因此程序员对于内存空洞只要了解这个概念，在申请分配内存时，本着就近原则就可以了，需要的时候才分配内存，不需要了立刻释放。不必去严格的追求申请和释放的顺序，也做不到。

 

 

Linux 内核只能通过缩小线性内存区的方式来释放物理内存。

方法一，通过使用系统调用 brk，来改变堆顶地址释放内存。

优点：

算法简单，系统调用少，效率高。

缺点：

堆顶下方的物理页面即使空闲也无法及时释放。

 

 

方法二：，通过将对应堆的线性区拆分，将中间的物理页面释放掉。

优点：

堆顶下方的内存能够得到即使的释放。

缺点：

算法复杂，涉及到线性区的拆分与合并，有可能会导致进程堆段形成多个不连续的小块内存空间，对进程的性能影响较大。

 

综合以上因素，linux 内核选则了通过调整堆顶来扩展和释放内存空间。

它也决定了，只要堆顶部还有内存在使用，堆顶下方不管释放了多少内存都不会被释放，这也就是我们经常所说的内存空洞。

除了通过 brk 扩展堆顶地址外，我们还提到了另外一种内存分配方式mmap。当libc 在处理大块内存分配时，其会调用mmap 来分配一块地址空间；当释放时，直接调用unmmap 释放掉该段内存空间，因此对于这种大块内存分配的申请和释放，就不会存在内存空洞的问题。

你可以通过使用mmap 分配内存的阀值，来减少内存空洞的概率。代价是，可能会使用更多的系统调用，降低进程的性能。

要想消除内存空洞的影响，就要求我们在申请和释放内存时，要严格依照就近原则，最先释放堆顶地址的内存。可控制内存的申请和释放的顺序难度十分的大；另外由于内存碎片的影响，每次申请得到的内存地址都带有一定的随机性，后面申请的内存，并不一定就意味着在

堆顶；这简直是Mission impossible。

做为一个程序员，我很受挫折，我无能为力，我调用 free 都释放内存，可它并不一定会返还到系统中，我无法完全控制我程序的行为，谁又能保证堆顶没有那么一块正在使用的内存呢？这也给很多程序员以藉口，在测试中我们程序内存使用量增长，要求他们去检查时，他们往

往会说，“内存我都释放了，这是内存空洞造成的，我也无能为力。”。老板也无话可说，内存空洞简直成了我们的噩梦。