文章详细阐述了Linux系统中内存分配的机制，特别是brk系统调用和sbrk库函数的作用。malloc函数在分配内存时会根据大小选择使用brk或mmap，而sbrk是glibc对brk的封装。同时，文章提供了__expand_heap和__simple_malloc的代码实现，展示如何动态扩展堆和进行内存分配。
1. brk:是系统调用接口：
内核的syscall_table.s 中定义：
ENTRY_SAME(brk)
例如：
在malloc函数实现中有调用brk
malloc 函数调用链中：
malloc-->expand_heap-->__expand_heap
即在__expand_heap调用系统brk函数：
__syscall(SYS_brk, 0);
注意：malloc中，当if (n > MMAP_THRESHOLD) 一般是128K，使用mmap分配内存了，否则使用brk分配内存。
C语言的标准库里，分配内存使用的函数是malloc，calloc，realloc,它们并不是Linux系统分配内存的API。
Linux系统分配用户内存的API是brk()。它的作用就是改变数据段的末尾位置，也就是改变进程的brk的位置。
进程的brk之前的内存，就是可以使用的堆内存。移动brk的位置，就可以分配内存。
brk()函数，是Linux的一个系统调用。它的调用号是45。 <4.4.4内核版本>
sbrk()函数，是C库在brk()基础上实现的一个库函数。
2. sbrk:是glibc封装的一个应用函数，sbrk其实是调用系统接口brk：
glibc的sbrk.c文件中：
void *sbrk(intptr_t inc)
{
if (inc) return (void *)__syscall_ret(-ENOMEM);
return (void *)__syscall(SYS_brk, 0);
}
3. sys_brk
Linux内核的brk()系统调用，原型是这样的：
void* sys_brk(void* addr);
把当前进程的数据段末尾brk设置成地址addr。
如果设置成功了，就会返回与addr一样的brk值。
如果设置失败了，就返回进程当前的brk值。
所以在C库里要记录上一次的brk值，来判断是否设置成功，以给用户返回0或者-1。
注：
C库中 又把brk()系统调用包装了一下，包装成c库的sbrk()和brk()函数：
其中sbrk()用于分配内存，brk()用于释放内存。
实际上Linux只有一个brk()系统调用，sbrk()并不是系统调用，而是基于brk系统调用的扩展实现。
4. 附上__expand_heap和__simple_malloc简短代码实现：
/* Expand the heap in-place if brk can be used, or otherwise via mmap,
* using an exponential lower bound on growth by mmap to make
* fragmentation asymptotically irrelevant. The size argument is both
* an input and an output, since the caller needs to know the size
* allocated, which will be larger than requested due to page alignment
* and mmap minimum size rules. The caller is responsible for locking
* to prevent concurrent calls. */
static void *__expand_heap(size_t *pn)
{
static uintptr_t brk;
static unsigned mmap_step;
size_t n = *pn;
if (n > SIZE_MAX/2 - PAGE_SIZE) {
errno = ENOMEM;
return 0;
}
n += -n & PAGE_SIZE-1;
if (!brk) {
brk = __syscall(SYS_brk, 0);
brk += -brk & PAGE_SIZE-1;
}
if (n < SIZE_MAX-brk && !traverses_stack_p(brk, brk+n)
&& __syscall(SYS_brk, brk+n)==brk+n) {
*pn = n;
brk += n;
return (void *)(brk-n);
}
size_t min = (size_t)PAGE_SIZE << mmap_step/2;
if (n < min) n = min;
void *area = __mmap(0, n, PROT_READ|PROT_WRITE,
MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
if (area == MAP_FAILED) return 0;
*pn = n;
mmap_step++;
return area;
}
-----------------------------------------------------------------------------
static void *__simple_malloc(size_t n)
{
static uintptr_t brk, cur, end;
static unsigned mmap_step;
size_t align=1;
void *p;
if (n > SIZE_MAX/2) {
errno = ENOMEM;
return 0;
}
if (!n) n++;
while (align<n && align<ALIGN)
align += align;
LOCK(lock);
cur += -cur & align-1;
if (n > end-cur) {
size_t req = n - (end-cur) + PAGE_SIZE-1 & -PAGE_SIZE;
if (!cur) {
brk = __syscall(SYS_brk, 0);
brk += -brk & PAGE_SIZE-1;
cur = end = brk;
}
if (brk == end && req < SIZE_MAX-brk
&& !traverses_stack_p(brk, brk+req)
&& __syscall(SYS_brk, brk+req)==brk+req) {
brk = end += req;
} else {
int new_area = 0;
req = n + PAGE_SIZE-1 & -PAGE_SIZE;
/* Only make a new area rather than individual mmap
* if wasted space would be over 1/8 of the map. */
if (req-n > req/8) {
/* Geometric area size growth up to 64 pages,
* bounding waste by 1/8 of the area. */
size_t min = PAGE_SIZE<<(mmap_step/2);
if (min-n > end-cur) {
if (req < min) {
req = min;
if (mmap_step < 12)
mmap_step++;
}
new_area = 1;
}
}
void *mem = __mmap(0, req, PROT_READ|PROT_WRITE,
MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
if (mem == MAP_FAILED || !new_area) {
UNLOCK(lock);
return mem==MAP_FAILED ? 0 : mem;
}
cur = (uintptr_t)mem;
end = cur + req;
}
}
p = (void *)cur;
cur += n;
UNLOCK(lock);
return p;
}
扫一扫
1613
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
