Как операционная система понимает, сколько нужно очистить память?

Question

[DVoropaev]

char *array = malloc(256);
...
free(array); //!

Как ос определят, что надо освободить именно 256 байт?
Как определяет windows и unix-подобные системы? Как это происходит в контроллерах, программируемых на C?

Answer 1

[Максим Мосейчук]

Выделяется не 256 байт, а служебная структура + 256 байт (а при страничной адресации так и вообще выделяется минимум 1 страница). Вот в этой служебной структуре и хранится перед выделенным блоком информация о самом блоке.

Comments

[longclaps]

В древности менеджер обычно выделял память кратно параграфу, т.е. 16 байтам. Думаю, и сейчас 4кб - слишком жирное округление.

[Максим Мосейчук]

longclaps: меньше страницы OS просто не может выделить. Иначе из-за отображения страниц программа может получить доступ к памяти чужого процесса.

Но эту страницу уже библиотека C менеджит самостоятельно через аллокатор (т.е. второй malloc может из той же страницы выдать память).

[Станислав Макаров]

fshp ну так вот именно, что это ОС не может меньше выделить, но тут же аллокатор сишного рантайма работает. Для начала автору нужно указать, что до ОС дело и не всегда доходить-то будет.

Answer 2

[evgeniy_lm]

Как операционная система понимает, сколько нужно очистить память?
Ни как. Ей фиолетово. А вот ваша прога это другое дело.
char *array = malloc(256);
теперь компилятор знает, что переменная array 256 байт
free(array); //!
и тут компилятор подставит в код очистки адрес переменной и ее размер.

Comments

[chupasaurus]

malloc() компилируется в системный вызов - аналог (HeapAlloc() в WinAPI, mmap() в POSIX).

[devalone]

char *array = malloc(256);
теперь компилятор знает, что переменная array 256 байт
free(array); //!
и тут компилятор подставит в код очистки адрес переменной и ее размер.

А что ваш компилятор скажет на такой код?

char *array = NULL;
if ((rand() % 100) < 50)
  array = malloc(256);
else
  array = malloc(512);

free(array);

Какой размер подставит ваш компилятор в код очистки?

[evgeniy_lm]

devalone: точно так же. Где-то всегда в памяти программы находится размерность переменной array

[evgeniy_lm]

chupasaurus: Любая современная программа компилируется в набор системных вызовов.

[chupasaurus]

evgeniy_lm: но при этом вы утверждали, что ОС "фиолетово".

[devalone]

evgeniy_lm:

Где-то всегда в памяти программы находится размерность переменной array

Ты же говорил, что

компилятор подставит в код очистки адрес переменной и ее размер

Как он может подставить, если размер вычисляется в рантайме?

[vasiliev]

> Как он может подставить, если размер вычисляется в рантайме?

Например, реализация malloc может сохранять соответствие выделенного адреса размеру в некоторой таблице. Реализация free может обращаться к этой таблице и брать оттуда размер.

Хотя это не компилятор делает, конечно.

[evgeniy_lm]

vasiliev: Это делает именно компилятор. Вообще, проблема возникновения вопроса в том, что топикстартер не понимает разницы между ОС и API

Answer 3

[amambaru]

А free() вовсе не означает, что ОС освободит память.
Напротив - скорее всего память останется у вашей программы.

https://learnc.info/c/memory_allocation.html

Answer 4

[aol-nnov]

ну, примерно так же, как она понимает, что память уже занята (аллоцирована).
таблица есть, вероятно.

Answer 5

[Станислав Макаров]

Факт 1. malloc и free реализуется не ОС, а рантайм-библиотекой языка C/C++. Да, безусловно, время от времени рантайм библиотека делает системные вызовы для того чтобы получить от ОС адресное пространство, но делается это далеко не на каждый malloc/free.

Факт 2. Вам нужно чётко понимать, что работаете вы со средствами языка и стандартной библиотеки языка, а не ОС. Если на каком-то устройстве скомпилированная программа на C должна работать без ОС, то и способы реализации функционала malloc/free будут иные.

Факт 3. Алгоритмы, реализующие работу malloc и free, хранят довольно много служебной информации для себя, в частности размер и положение выделенных блоков. Вы не имеете непосредственного доступа к этой информации, но это не значит что её нет. Её достаточно как минимум для того, чтобы выделять вам новые блоки и корректно освобождать старые. Такие алгоритмы называются менеджерами памяти. Кстати в этой незамысловатой статье на вики написано о так называемой иерархии менеджеров памяти. Если вы ознакомитесь с этим понятием, узнаете наверняка больше, чем из всех ответов вместе взятых.