Talloc

最新推荐文章于 2023-04-26 19:43:43 发布

春泥面包

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分类专栏： C 内存管理

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本文介绍了talloc，一种用于简化复杂数据结构内存管理的层次化内存池系统。它通过创建层次结构的内存上下文，自动处理内存释放和析构，减少内存泄漏的风险。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

https://talloc.samba.org/talloc/doc/html/index.html

阅读FreeRadius源码时，发现内存管理使用的是talloc，而不是malloc。现在来学习一下怎么使用talloc。

What is talloc

Talloc is a hierarchical, reference counted memory pool system with destructors. It is built atop the C standard library and it defines a set of utility functions that altogether simplifies allocation and deallocation of data, especially for complex structures that contain many dynamically allocated elements such as strings and arrays.

Talloc是一个层次化、具备引用计数和析构功能的内存池系统。它在C标准库的基础上定义了一组工具，简化了分配/释放内存的操作（特别是对于像string和数组这样包含许多动态分配成员的复杂数据结构）

The main goals of this library are: removing the needs for creating a cleanup function for every complex structure, providing a logical organization of allocated memory blocks and reducing the likelihood of creating memory leaks in long-running applications. All of this is achieved by allocating memory in a hierarchical structure of talloc contexts such that deallocating one context recursively frees all of its descendants as well.

Talloc的主要目标是：

消除为每个复杂数据结构编写清理函数的麻烦
对分配的内存块进行逻辑组织
降低长时间运行的程序出现内存泄露的可能性

上面的三个目标是通过这样的方法实现的：将分配的内存以层次化的数据结构 talloc context进行管理，需要deallocating时递归的对talloc context进行free即可。

主要特点：

开源
层次化的内存模型
Natural projection of data structures into the memory space
简化了对较大数据结构的内存管理
内存被释放之前，自动执行“析构函数”
模拟了一个动态类型系统
实现了一个透明的内存池

1. Talloc context

It is a logical unit which represents a memory space managed by talloc.

talloc context的地位是最重要的，它代表了一块由talloc管理的内存空间。
从程序员的角度来看，talloc context与C标准库内存管理工具返回的指针完全相同。也就是说，由talloc返回的context可以直接作为标准库函数的参数来使用。

char *str1 = strdup("I am NOT a talloc context");
char *str2 = talloc_strdup(NULL, "I AM a talloc context");

printf("%d\n", strcmp(str1, str2) == 0);

free(str1);
talloc_free(str2); /* we can not use free() on str2 */

为什么会如此神奇？原因就是：

This is possible because the context is internally handled as a special fixed-length structure called talloc chunk. Each chunk stores context metadata followed by the memory space requested by the programmer. When a talloc function returns a context (pointer), it will in fact return a pointer to the user space portion of the talloc chunk. If we to manipulate this context using talloc functions, the talloc library transforms the user-space pointer back to the starting address of the chunk. This is also the reason why we were unable to use free(str2) in the previous example - because str2 does not point at the beginning of the allocated block of memory. This is illustrated on the next image:

这里写图片描述

context在内部作为固定长度的结构被处理，称为talloc chunk。每个chunk存储context的metadata（元数据），元数据后面是用户请求的内存空间。当某个talloc 函数返回一个context（指针）时，它将会返回该chunk的用户空间的指针。当使用talloc函数操作这个context时，talloc库会将用户空间的指针转换回chunk的起始地址。这也就是为什么上面的context不能使用free释放的原因，因为str2并没有指向动态内存的起始地址。

如上图所示，整个空间用allocated block表示，它由talloc chunk和requested memory两部分构成，给用户返回的context指向requestd memory的起始地址。talloc chunk中应该存放者这个chunk的metadata（引用计数、context size）

1.1 Context meta data

Every talloc context carries several pieces of internal information along with the allocated memory:

context的metadata有：

name 用来报告context的层次结构并模拟一个动态类型系统
requested memory 的大小
析构函数，在free之前被调用
引用计数
child和parent的context 用来创建内存的层次结构

1.2 Hierarchy of talloc context

每个talloc context都包含parent和child的信息。talloc使用这些信息创建一个层次型结构。说句人话，就是以树形结构管理相关的context，树的根节点称为top level context。

使用树形结构的好处：

当释放一个context时，它的child会被正确的释放。
一个context的parent可以改变，可以将一个子树移动到其他树中。
管理数据结构更加自然。

举个栗子：

struct user {
  uid_t uid;
  char *username;
  size_t num_groups;
  char **groups;
};

适应talloc，上述数据结构会被组织成下面的树状结构：
这里写图片描述

/* create new top level context */
struct user *user = talloc(NULL, struct user);

user->uid = 1000;
user->num_groups = N;

/* make user the parent of following contexts */
user->username = talloc_strdup(user, "Test user");
user->groups = talloc_array(user, char*, user->num_groups);

for (i = 0; i < user->num_groups; i++) {
  /* make user->groups the parent of following context */
  user->groups[i] = talloc_asprintf(user->groups,
                                    "Test group %d", i);
}