为什么第二次calloc不分配物理内存？

[zcphoenix]

最近观察正在开发的服务的内存使用情况，发现了'calloc'函数一些有趣的现象：
第一次调用'calloc'会正常分配物理内存；
第二次调用'calloc'则不会分配物理内存——准确地说，第二次'calloc'的内存不写入则不会分配物理内存，写入时则是写入多大内容则分配多少物理内存。

具体代码在后面，执行结果如截图：
1). 下面代码执行结果，从top命令看虚存分配了2G，但只分配了1G的物理内存，


2). 放开注释掉的代码，从top命令看虚存分配了2G，但只分配了1.5G的物理内存。


哪位大神帮忙解答一下，这是怎么一个情况？编译器做了优化么？还是系统行为？多谢多谢~~

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct timeval start, end;
    size_t K = 1024;
    size_t M = K * K;
    size_t G = M * K;
    size_t size = G;
        
    printf("first calloc ...\n");
    void *p1 = calloc(1, size);
        
    printf("second calloc ...\n");
    void *p2 = calloc(1, size);
    /*  
    long long i = 0;
    for (i = 0; i < size / 2; i++) {
        if (0 != *((char*)(p2) + i)) {
            printf("non-zero: p2[%d] = %d\n", i, *((char*)(p2) + i));
        } else {
            *((char *)(p2) + i) = i;
        }
    }
    */                                                                                                                                                                                       
        
    getchar();
        
    printf("free.......\n");
    free(p1);
    free(p2);

    return 0;
}

[zcphoenix]

引用 1 楼 死国之神 的回复:

Linux 不是一个保守的操作系统，你申请了多少内存，并不意味着你会用到多少内存，所以系统也不会立即给你分配多少内存，而且当所有程序申请的内存超过最大物理内存和swap的总和后，Linux还是会允许别的程序申请内存，所以Linux能够用最少的资源干最多的事情，这也是Linux设计的初衷。
Windows是一个保守的操作系统，你申请了多少内存，不管你用不用得到，系统都会立即给你分配，且当所有内存已经到达最大物理内存和虚拟内存总和后，Windows不会再允许别的程序申请内存。

我在Windows下做了同样的测试，和Linux结果确实不一样，但是Windows不是立即分配物理内存，而是连续两次“calloc”都不分配物理内存~~
此外，还有一个不同点是，Linux对于“calloc”的内存进行读操作时，依然不分配物理内存；但是Windows在对“calloc”的内存进行读操作时，则分配物理内存了，而且是“按需分配”~~

[云山大侠]

引用 2 楼 zcphoenix 的回复:

[quote=引用 1 楼 死国之神 的回复:]
Linux 不是一个保守的操作系统，你申请了多少内存，并不意味着你会用到多少内存，所以系统也不会立即给你分配多少内存，而且当所有程序申请的内存超过最大物理内存和swap的总和后，Linux还是会允许别的程序申请内存，所以Linux能够用最少的资源干最多的事情，这也是Linux设计的初衷。
Windows是一个保守的操作系统，你申请了多少内存，不管你用不用得到，系统都会立即给你分配，且当所有内存已经到达最大物理内存和虚拟内存总和后，Windows不会再允许别的程序申请内存。

我在Windows下做了同样的测试，和Linux结果确实不一样，但是Windows不是立即分配物理内存，而是连续两次“calloc”都不分配物理内存~~
此外，还有一个不同点是，Linux对于“calloc”的内存进行读操作时，依然不分配物理内存；但是Windows在对“calloc”的内存进行读操作时，则分配物理内存了，而且是“按需分配”~~[/quote]
判断一下返回值

[云山大侠]

一次申请1G的连续空间，是一件比较困难的事情，判断一下返回值，为NULL 则是操作系统没有批准你的申请，故而没有给你分配内存。

[云山大侠]

Linux 不是一个保守的操作系统，你申请了多少内存，并不意味着你会用到多少内存，所以系统也不会立即给你分配多少内存，而且当所有程序申请的内存超过最大物理内存和swap的总和后，Linux还是会允许别的程序申请内存，所以Linux能够用最少的资源干最多的事情，这也是Linux设计的初衷。
Windows是一个保守的操作系统，你申请了多少内存，不管你用不用得到，系统都会立即给你分配，且当所有内存已经到达最大物理内存和虚拟内存总和后，Windows不会再允许别的程序申请内存。

[water-moon]

Linux 下 calloc 分配内存时，并没有分配实际物理内存，只是分配了虚拟内存，这些虚拟内存在页表中对应同一个物理地址，且标记为只读。当读calloc分配的地址时，读到的是同一个物理地址，当写calloc的分配的地址时，发生page fault,然后重新映射一个物理地址，这个时候才真正分了物理地址。这段代码两个calloc分配的地址，都没写操作，按理物理内存是基本没用到，但你说第一次分配占用了1g物理内存，我觉得还要再实验确定一下

[zcphoenix]

引用 4 楼 死国之神 的回复:

一次申请1G的连续空间，是一件比较困难的事情，判断一下返回值，为NULL 则是操作系统没有批准你的申请，故而没有给你分配内存。

Windows和Linux分别加了指针判断，两次calloc的内存都不做任何访问，结果如下：

Windows下，根据任务管理器，两次calloc都不会分配物理内存，两次calloc貌似都会根据实际内存是否足够决定返回结果：
我机器内存是12G的，两次calloc分配8G的空间的话，显示都返回非空指针；两次9G，则第一次成功、第二次失败；两次10G，则都失败。。。
Linux下测试，根据top命令结果，第一次calloc如果实际内存足够，则分配物理内存，否则分配失败返回空指针；第二次calloc不分配物理内存，但是会根据实际内存是否足够，返回非空指针或空指针。

[zcphoenix]

引用 5 楼 amei113 的回复:

Linux 下 calloc 分配内存时，并没有分配实际物理内存，只是分配了虚拟内存，这些虚拟内存在页表中对应同一个物理地址，且标记为只读。当读calloc分配的地址时，读到的是同一个物理地址，当写calloc的分配的地址时，发生page fault,然后重新映射一个物理地址，这个时候才真正分了物理地址。这段代码两个calloc分配的地址，都没写操作，按理物理内存是基本没用到，但你说第一次分配占用了1g物理内存，我觉得还要再实验确定一下

从top命令看是这样的~~

[赵4老师]

Linux不是开源的吗？