【VS开发】malloc申请内存错误分析

每个进程会有4G的虚拟地址空间, malloc得到的的地址都是虚拟地址, 并且当malloc的时候, 操作系统并不会将实际的内存分配给进程的, 所以malloc只会占用进程自身的虚拟地址空间。
我以前也做过申请内存的测试，并且写了一个短文：

操作系统: Redhat Linux AS5 32bit
服务器内存: 4G
服务器类型: I32

最近写搜索引擎, 因为创建索引需要大量的内存, 所以对Linux下的大内存申请进行了一些测试.

(1)char * p = (char *)malloc( 2G字节 );
=>申请失败.
(2)char * p = (char *)malloc( 1.9G字节 );
=>申请成功
(3)连续的申请10个300M的内存空间
for ( i=0; i<10; i++ )
p = (char*)malloc(300M字节)
=>前9次成功, 最后1次申请失败
(4)先申请1.9G, 再申请900M
p = (char *)malloc( 1.9G字节 );
p = (char *)malloc( 900M字节 );
=>两次申请都成功.

我的理解如下:
对于在普通默认的2.6.*的linux内核!
32位的机器里, 一个进程的内存地址空间范围是0-3G共4个G, 其中最后一个G是内核态的地址空间, 所以给用户态的内存地址空间只留下了前3个G. 那么这样, malloc能够申请到3G以内的内存才对, 但是结果并非如此.在(1)中我们申请2G的内存都没有申请到, 这是什么原因呢?先让我们看一看实际上进程的4G内存空间都放着或被map着什么:

第0G和第1G:用户态地址空间
第2G:库函数映射等
第3G:内核态内存空间

用户态地址空间中还包含了进程代码本身占用的地址空间, 栈的空间等等.
第2G中, 库函数映射等只占用了很少的一部分空间，还有很多的空闲空间.

现在让我们解释这4个问题:
第(1)个问题, 由上图可以看出, 没有连续的2G的内存, 所以申请2G的连续内存是肯定失败的.
第(2), 申请1.9G的空间是成功的, 这是因为前两个G可能会有1.9G的连续空间.
第(3), 申请了300M*9 = 2.7G是成功的, 是的, 前3G中有可能空间着2.7G的空间, 前两个G中空闲的加上第3个G中空闲的部分. 但是如果一次申请2.7G是不行的, 因为没有连续的2.7G的地址空间. 最后一个300M没有申请成功的原因是, 申请的空间大小不能超过3G的用户态地址空间.

第(4), 比较有意思, 显然那个1.9G是在第1-2G这个地址空间中申请成功的, 后900M是第3个G这片地址空间中申请成功的. 我们一共申请到了2.8G的"内存", 却也不是连续的

续：

相信C/C++程序员都用过这个库函数， 这个函数时程序员申请堆中的内存，需要自己手动释放内存，所以这个函数也是Memory Leak的根源。但是malloc一次最多能申请多少内存呢，显然这个跟我们物理内存的大小和
我们的系统，编译器都有一定的关系。已经不记得之前在哪里遇到过这个问题，今天忽然想起来了，于是自己做了个实验。
我的开发环境是Windows7
64位，内存8G，IDE是codeblocks，支持开源，下面是测试代码：

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1. #include <iostream>
2. #include <stdio.h>
3. #include <stdlib.h>
4. int64_t maximum = 0;
5. using namespace std;
6. int main()
7. {
8. cout<<"sizeof(void*)
   is:"<<(int)sizeof(void*)<<endl;
9. cout<<"sizeof(int)
   is:"<<sizeof(int)<<endl;
10. int64_t blocksize, 1024, 1};
11. int64_t i, count;
12. ;i++)
13. {
14. maximum = 0;
15. ;;count++)
16. {
17. void *block = (void*)malloc(maximum + blocksize[i] * count);
18. if(block)
19. {
20. maximum = maximum + blocksize[i] *count;
21. free(block);
22. }
23. else
24. {
25. break;
26. }
27. }
28. cout << "maxmium
    malloc size:"<<"M"<<endl;
29. }
30. cout << "Hello
    world!" << endl;
31. return 0;
32. }

程序输出如下：

这个结果是不是很蹊跷，我64位的系统，而且8G的内存，占用了很少，但是这里为什么只分配了2G不到呢，我原来的推想是操作系统保留一部分内存(大概2G),还有差不多6G可以申请，所以这个结果让我很惊讶。于是我又在64bit的linux下，内存4G，用同样代码进行了测试，这次输出是

这次输出似乎跟预想差不多，4G内存能分配3.5G左右，那么windows下是什么问题导致我8G的内存只能malloc 2G不到呢。细想一下，觉得肯定是编译器的问题，果然我的codeblocks默认的编译器是mingw-32-g++，可能细心的读者已经看到前面的sizeof(void*)的值是4，也就是说在windows下codeblock下默认将该程序编译成32位的了，所以才会出现分配2G不到的内存，感兴趣的可以用其他的64位的编译器测试一下，应该会得到正常值。

总结一下：

程序是32位或者是64位并不是由你的操作系统决定，而是编译器决定，准确的说是决定于编译器和编译选项，64位系统照样可以跑32位的程序。