Эксперимент csapp Подробное объяснение эксперимента 8-malloclab

8-Маллоклаб

Добро пожаловать на авторский блог сакура без крашеной груши одежда

Этот эксперимент следует рассматривать как самый сложный, с перекрытием различных указателей, но это также классический эксперимент, такой как бомбероб.

1 Краткий анализ

Цель эксперимента: Ознакомиться с указателями языка C, ознакомиться со способом применения динамической памяти и структурой динамической памяти.

Рабочая область: mm.c

Содержание эксперимента: напишите динамический распределитель памяти для реализации операций init, malloc, realloc, free и других, а также максимально оптимизируйте этот распределитель, чтобы сбалансировать пропускную способность и использование пространства.

Экспериментальный инструмент: инструмент mdriver, который может определять правильность

2 Конкретная реализация

1. Структура кучи

Куча — это область виртуальной памяти процесса. Первый взгляд на структуру кучи

Адрес кучи непрерывен, и вся область памяти является кучей.Так как же управлять всей этой областью памяти. Есть три распространенных способа

1. Неявный свободный список:
   • Разделите всю кучу на множество соседних блоков.Заголовок каждого блока содержит информацию о размере блока и о том, выделен ли он.По размеру этого блока мы можем найти начало следующего блока, связанного с ним.адрес
   • Преимущества: Простой
   • Недостатки: каждое приложение нужно проходить с нуля, пропускная способность низкая, легко генерируется множество фрагментов пространства.
2. Явные бесплатные списки:
   • Улучшение неявного списка свободных: на основе неявного списка свободных каждый свободный блок не только сохраняет свой размер и информацию о том, выделен ли он, но также сохраняет указатель на следующий и/или предыдущий свободный блок, так что при просмотре для свободных блоков вам нужно только пройти по списку свободных блоков
   • Преимущества: повышена эффективность распределения памяти и уменьшена фрагментация пространства.
   • Недостатки: требует много места для хранения указателей, сложно поддерживать,
3. Отдельные бесплатные списки:
   • Поддерживайте несколько списков свободных, блоки в каждом списке примерно равны по размеру, а распределитель поддерживает массив списков свободных.
   • Преимущества: повышение эффективности распределения памяти и уменьшение фрагментации пространства.
   • Недостатки: сложно обслуживать, может привести к низкому использованию пространства.

Наша цель: сбалансировать пропускную способность и использование пространства (эти два факта фактически конфликтуют. Невозможно иметь высокую пропускную способность и высокий коэффициент использования пространства, потому что высокая пропускная способность должна использовать такие структуры, как связанные списки, хеш-таблицы, деревья, и т. д. Эти конструкции неизбежно приведут к снижению использования пространства, поэтому должен быть баланс)

2. Блочная структура

Взгляните на структуру блоков, чтобы облегчить понимание кода.

3. Реализация

Обратите внимание, что все этапы кода взяты из CSAPP | Lab8-Malloc Lab углубленного анализа — Zhihu (zhihu.com) , босс слишком крутой, я кратко объясню это здесь.

1. Во-первых, определите группу макросов, с которыми легко работать. Я думаю, что эта группа макросов — гениальный ход. Роль макросов очень ясна, поэтому я не буду ее объяснять.

/* 头部/脚部大小 单字（四字节） */
#define WSIZE 4
/* 双字 */
#define DSIZE 8

/* 取最大值 */
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))

/* 扩展堆时默认大小 */
#define CHUNKSIZE (1 << 12)

/* 设置头部/脚部值 */
#define PACK(size, alloc) ((size)|(alloc))

/* 读写指针p */
/*
	首先知道void*类型的指针可以指向任何地方，其实malloc函数申请的指针就是void*类型
	(unsigned int *)(p)的意思是将void*类型的指针p强转为指向unsigned int类型的指针
	然后(*(unsigned int *)(p))是取出该指针指向的unsigned int类型的值
*/
#define GET(p) (*(unsigned int *)(p))
#define PUT(p, val) ((*(unsigned int *)(p)) = (val))

/* 从头部或脚部获取大小或分配位 */
/* 这里0x是十六进制嗷，低一位表示是否已分配 */
#define GET_SIZE(p) (GET(p) & ~0x7)
#define GET_ALLOC(p) (GET(p) & 0x1)

/* 给定有效载荷指针，找到头部和脚部 */
#define HDRP(bp) ((char *)(bp) - WSIZE)
#define FTRP(bp) ((char *)(bp) + GET_SIZE(HDRP(bp)) - DSIZE)

/* 给定有效载荷指针, 找到前一块或下一块 */
#define NEXT_BLKP(bp) ((char*)(bp) + GET_SIZE(((char*)(bp) - WSIZE)))
#define PREV_BLKP(bp) ((char*)(bp) - GET_SIZE(((char*)(bp) - DSIZE)))

2. Затем определите функции, которые вам нужно использовать. Каждая функция прокомментирована здесь.

/**
 * @brief 初始化堆
 * 初始化一个堆，主要是定义了堆的序言块和结尾块，相当于开头和结尾，然后添加了一个CHUNKSIZE/WSIZE大小的空  间
 */
int mm_init(void);

/**
 * @brief 扩展堆
 * 用于扩展堆，每当需要申请动态内存的时候就调用该函数来申请动态内存空间
 *
 * @param words	申请的动态内存大小
 */
void *extend_heap(size_t words);

/**
 * @brief 释放内存
 *
 * @param ptr	需要释放的块指针
 */
void mm_free(void *ptr);

/**
 * @brief 分割空闲块
 * 判断剩下的空间是否足够存放头部和脚部，够的话就设置各种标志位，不够的话就要设置为填充的块
 *
 * @param bp	当前空闲块指针
 * @param asize	当前请求的块大小
 */
void place(void *bp, size_t asize);

/**
 * @brief 合并块
 * 合并块有四种情况，需要把相邻的空闲块合并在一起
 *
 * @param bp	需要合并的块指针
 */
void *coalesce(void *bp);

/**
 * @brief 首次适配原则
 *
 * @param asize	请求的块大小
 */
void *first_fit(size_t asize);

/**
 * @brief 自主实现的malloc
 *
 * @param size	申请的块大小
 */
void *mm_malloc(size_t size);

/**
 * @brief 重新申请块大小
 *
 * @param ptr	重新申请的块的指针
 * @param size	重新申请的块大小
 */
void *mm_realloc(void *ptr, size_t size);

Далее идет код каждой части.Комментарии, данные шефом по каждой функции в этой части, очень подробные.Я не буду слишком уродливым, поэтому можете читать медленно.

Резюме: Наконец-то более пикантный. Хотя последний эксперимент был более водянистым, в конце концов он был завершен. Будьте полны энергии с этого момента~