6 内存管理
内存抽象：
如果看过设计模式的人可能会知道，设计模式中提到最多的概念之一就是抽象，纯虚的基类作为接口就是对各种派生类对象的抽象。调用接口的用户，并不知道内部如何实现，因此内部实现的方法可能也有多种。地址空间也可以这样理解，32位机上，创建进程时操作系统为进程分配4GB的独立地址空间，用户可以使用这4GB的独立地址空间。但是，反过来一想，给每个进程都分配4GB地址空间，对于8GB内存的计算机而言岂不也就能同时运行两个进程。对于现代计算机而言，这显然是不可能的。所以实际上，用户能使用的4GB地址空间并不是对应物理内存的4GB，具体怎么实现被封装了，所以叫内存抽象。
现代操作系统能够同时运行多个程序，程序被运行时，需要占用内存的一块空间，如果同时运行的程序太多，物理内存装不下了怎么办？因此出现了两种技术，交换技术和虚拟内存。
6.1 交换技术
交换技术：就是指当内存满了以后，就将一个程序从内存换出，将另一个程序放入内存，换出的内存数据保存在硬盘上，当该程序再次被换入的时候，就将硬盘上的数据拷贝到内存。
6.2 虚拟内存
**虚拟内存：**操作系统为了管理内存，给每个进程都分配独立的地址空间，对32位的系统而言，这个空间的大小是4GB。这4GB并不是实际的物理内存，实际上并不存在，因此有虚拟内存这一名称。
虚拟地址空间的地址称为逻辑地址，实际物理内存(就是内存条的大小)的地址空间称为物理地址。虚拟地址空间被分割成多个大小相同的页面(比如4k为一个页面)，物理地址空间被分割成同样大小的页框。虚拟地址的页面通过一个页表映射物理内存的页框，页表中保存着两者的对应关系。
Linux将这4GB的地址空间分为两部分，一个是用户地址空间，一个是内核地址空间。内核地址空间的地址范围范围为3G到4G，用户地址空间的地址范围为0G到3G。这里所讲的0G到4G都是虚拟地址，也称为逻辑地址。
6.2.1虚拟内存的实现
虚拟内存是将系统硬盘空间和系统实际内存联合在一起供进程使用,给进程提供了一个比内存大得多的虚拟空间。在程序运行时，只要把虚拟地址空间的一小部分存储到内存，其余都存储在硬盘上（也就是说程序虚拟空间就等于实际物理内存+部分硬盘空间）。当被访问的虚拟地址不在内存时，则说明该地址未被存储到内存，而是被存贮在硬盘中，因此需要的虚拟存储地址随即被调入到内存；同时当系统内存紧张时，也可以把当前不用的虚拟存储空间换出到硬盘，来腾出物理内存空间。系统如此周而复始地运转——换入、换出，而用户几乎无法查觉，这就是虚拟内存的运行机制。
6.2.2虚拟内存的作用
（1）扩大地址空间。无论段式虚存，还是页式虚存，或是段页式虚存，寻址空间都比实存大。
（2）内存保护。每个进程运行在各自的虚拟内存地址空间，互相不能干扰对方。另外，虚存还对特定的内存地址提供写保护，可以防止代码或数据被恶意篡改
（3）公平分配内存。采用了虚存之后，每个进程都相当于有同样大小的虚存空间。
（4）当进程需要通信时，可采用虚存共享的方式实现。
不过，使用虚存也是有代价的，主要表现在以下几个方面：
（1）虚存的管理需要建立很多数据结构，这些数据结构要占用额外的内存
（2）虚拟地址到物理地址的转换，增加了指令的执行时间
（3）页面的换入换出需要磁盘I/O，这是很耗时间的。
（4）如果一页中只有一部分数据，会很浪费内存。
6.3 内存碎片
内存碎片是由于多次进行内存分配造成的，当进行内存分配时，内存格式一般为：（用户使用段）（空白段）（用户使用段），当空白段很小的时候可能不能提供给用户足够需要的空间，可能夹在中间的空白段的大小为5，而用户需要的内存大小为6，这样会产生很多的间隙造成内存使用效率的下降，这些很小的空隙叫碎片。
通过对malloc，free源码的分析，发现在堆上分配内存，很容易造成内存碎片。