C++ 对象数组的惰性分配

如果我做类似的事情：

void f() {
    const int n = 1<<14;
    int *foo = new int [n];
}

or

void f() {
    const int n = 1<<14;
    int *foo = new int [n]();
}

Linux内核会使用惰性内存分配吗？对于第二种情况，与创建静态数组时的方式相同吗？

我能走多远？例如，有一个将用 0 填充的结构，它会始终被延迟分配，还是会在初始化时实际分配物理 RAM？

struct X {
    int a, b, c, d, f, g, ..., z;
}

void f() {
    int *foo = new X();//lazy?
    const int n = 1<<14;
    int *foo = new X [n]();//lazy?
}

对于运行 Linux 5.4.0-51-generic 的标准 Ubuntu 20.04 机器...

我们可以直接观察这一点。在下面的代码中，我增加了n价值1 << 24（约 1600 万int32 位 s = 64MBint）所以它是总体内存使用的主导因素。我编译、运行并观察了内存使用情况htop:

#include <unistd.h>
int main() {
    int *foo = new int [1 << 24];
    sleep(100);
}

htop 值：VIRT 71416KB / RES 1468KB

虚拟地址分配包括分配的内存new，但驻留内存大小要小得多 - 表明分配的所有 64MB 还不需要不同的物理后备内存页面。

更改为后int *foo = new int[1<<24]();:

htop 值：VIRT 71416KB / RES 57800KB

请求内存清零会导致驻留内存值略低于初始化的 64MB，这并不是由于内存压力（我有 64GB RAM），但内核中的某些算法必须决定分页出一些内存归零后的后备存储器（我怀疑kswapd？）。大 RES 值表明每个归零页都被赋予了物理后备内存的不同页（与例如映射到操作系统的零页以进行实际后备页的 COW 分配不同）。

与结构：

#include <unistd.h>

struct X {
    int a[1 << 24];
};

int main() {
    auto foo = new X;
    sleep(100);
}

htop 值：VIRT 71416KB / RES 1460KB

这表明静态数组的 RES 不足以具有不同的支持页面。虚拟内存要么已预先映射到操作系统零页，要么未映射，并且在访问时最初会映射到零页，然后在写入时给出其自己的物理支持页 - 我不确定是哪一个，但就实际物理 RAM 使用情况而言，它没有任何区别。

更改为后auto foo = new X{};

htop 值：VIRT 71416KB / RES 67844KB

您可以清楚地看到，将字节初始化为 0 导致使用数组的后备内存。

解决您的问题：

Linux内核会使用惰性内存分配吗？

虚拟内存分配完成时new已经完成了。当用户空间代码对内存进行实际写入时，会延迟分配不同的物理后备内存。

对于第二种情况，与创建静态数组时的方式相同吗？

#include <unistd.h>

int g_a[1 << 24];

int f(int i) {
    static int a[1 << 24];
    return a[i];
}

int main(int argc, const char* argv[]) {
    sleep(20);
    int k = f(2930);
    sleep(20);
    return argc + k;
}

VIRT 133MB分辨率 1596KB

运行时，内存didn't20秒后跳转，说明程序加载时虚拟地址空间全部分配完毕。低常驻内存表明页面已not按原来的方式访问和归零new.

只是为了解决一个潜在的混乱点：虽然 Linux 内核会在第一次向进程提供后备内存时将其清零，但任何给定的调用new（在我见过的任何实现中）不会知道分配的内存是否是从早期的动态分配中回收的 - 可能已写入非零值 - 从那以后deleted/freed.因此，如果您使用内存清零形式，例如new X{} or new int[n]()那么内存将被用户空间代码无条件地清除，导致全部的后备内存被分配并出现故障。