问计算机如何“知道”分配了什么内存？

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这取决于执行分配的方式，但它通常涉及对属于分配机制的数据的操作。

当你在函数中分配一些变量时，分配是通过递减堆栈指针来执行的。通过堆栈指针，您的程序知道堆栈指针以下的任何内容都不会分配给堆栈，而堆栈指针以上的任何内容都会分配给堆栈。

当您通过malloc()等在堆上分配一些东西时，事情是相似的，但更复杂:所有这些分配器都有一些内部数据结构，它们永远不会向调用应用程序公开，但允许它们选择在分配请求时返回哪些内存地址。例如，一些malloc()实现对固定大小小对象使用多个存储池，并为它们所跟踪的每个固定大小维护空闲对象的链表。这样，它们可以快速弹出列表中的一个内存区域，只有当它们耗尽满足特定请求大小的区域时，才会执行更昂贵的计算。

在任何情况下，每个分配器都必须不时地向系统内核请求内存。此机制始终在完整内存页面(通常为4 kiB)上工作，并通过系统调用brk()和mmap()工作。同样，内核跟踪哪些页面在哪些进程中可见，以及它们被映射到哪些地址，因此内核内部为此分配了额外的内存。

这些映射通过页表提供给处理器，处理器使用页表将虚拟内存地址解析为物理地址。所以在这里，最后，你有一些硬件参与到这个过程中，但这在机制的内部是很远很远的，远远低于用户空间进程所能看到的任何东西。尽管如此，即使页表是由内核的软件管理的，而不是由硬件管理的，硬件也只能解释软件写入页表的内容。