无操作系统的嵌入式系统中的malloc函数

Question

这个问题涉及使用 malloc 来分配内存。

通常情况下，我们说 malloc 从堆中分配内存。

现在假设我有一个普通的嵌入式系统（没有操作系统），我加载了一个普通的程序，在程序中使用了 malloc。

那么在这种情况下，内存是从哪里分配的呢？

- Leo Messi

Answer 1

malloc()是一个通常由运行时库实现的函数。如果你在操作系统之上运行，那么malloc有时会（但并不总是）触发一个系统调用，使操作系统将一些内存映射到程序的地址空间中。

如果你的程序在没有操作系统的情况下运行，那么你可以把你的程序看作是操作系统。你可以访问所有地址，这意味着你可以将一个地址赋给指针，然后对它进行解引用以读写数据。

当然，你必须确保程序的其他部分不会使用同样的内存，因此你需要编写自己的内存管理器：

简单地说，你可以设置一系列地址，供你的 "内存管理器" 使用，用于存储哪些地址范围已经被使用（存储在其中的数据结构可以是链表或更复杂的结构）。然后，你将编写一个函数，例如 malloc()，作为内存管理器的功能部分。该函数查找上述数据结构，以找到与参数指定相同长度的可用地址范围，并返回指向它的指针。

现在，如果你的程序中的每个函数都调用你的 malloc() 而不是随机地写入自定义地址，那么你已经完成了第一步。你可以编写一个 free() 函数，在上述数据结构中查找给定的指针，并调整数据结构（在简单的链表中，它将合并两个链接）。

- Bernd Elkemann

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没有回答真正的问题：动态分配的内存去哪了。它进入堆中。堆在哪里？它在链接器脚本配置的地址范围内。 - Felipe Lavratti

@fanl，你的问题与Leo Messi的问题不同。你是否给这个答案点了-1？请撤销。如果你开一个新的问题，我会尽力回答它。 - Bernd Elkemann

这是一个很棒的思维实验，谢谢！ - Max

Answer 2

唯一的真正答案是“取决于编译器/库的实现位置”。

在我使用的嵌入式系统中，没有堆，因为我们还没有编写过。

- jkerian

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+1，当您启用优化时，编译器可能会选择堆栈，当它可以确定分配是本地的（例如，对于函数）。 - justin

好的，是真的，但也不是非常有帮助。 - Prof. Falken

Answer 3

如你所说，来自堆。不同之处在于堆不是由操作系统提供的。您的应用程序链接脚本无疑会包含对堆的分配。运行时库将管理此操作。

在基于GCC的嵌入式系统中经常使用的Newlib C库的情况下，该库具有一个名为sbrk()的存根syscall函数。开发人员的责任是实现sbrk()，以便在请求时为堆管理器提供更多内存。通常它仅增加指针并返回新块的起始指针，然后库的堆管理器管理和维护新块，该块可能与先前的块连续或不连续。前面的链接包括一个示例实现。

- Clifford