ptmalloc - 如何让其崩溃

ptmalloc - 如何让其崩溃

我的上一篇文章写的是malloc的最终章,那么你是不是猜下一篇就是写free,我也是这样想的,然而。。。并不是,free的代码我大概扫了一下,实在是名不符其实。真令我失望的free,干脆下次再写把。这次我写些可以玩崩malloc的代码。


sbrk

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <malloc.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>


int main(void)
{
    void   *first = malloc(32);
    void   *second = malloc(10240);

    malloc_stats();

    if (sbrk(-10240) == NULL) {
        perror("sbrk");
        return  -1;
    }

    void   *third = malloc(131040);

    malloc_stats();

    free(first);
    free(second);
    free(third);

    return  0;
}

效果

Segment fault

原因

malloc申请内存是通过sbrk和mmap,sbrk是通过增长program break,那么,如果你sbrk(-size),就等于缩减program break,malloc访问到已经释放的段,肯定会挂的。

你可能在想,那我sbrk(size),不缩减行么,可以倒是可以,malloc里面会处理sbrk后断开的情况。

建议

malloc和sbrk尽量不要同时使用。

(以后继续补充)

<think>嗯,用户问的是malloc申请内存时是否立即分配物理内存,核心是想知道操作系统层面的内存分配机制。从问题表述看,用户应该有一定编程基础,但对操作系统内存管理细节存在困惑。 参考站内引用材料,发现几个关键点:引用[1]提到惰性分配(Lazy Allocation)机制,说明malloc只分配虚拟地址;引用[3]详细描述了brk()系统调用和内存池管理;引用[4]则强调了虚拟内存空间限制。这些材料恰好能系统解答用户疑问。 用户可能实际遇到两种情况:一是申请大内存后程序看似成功但运行崩溃,想排查原因;二是想优化内存敏感型程序性能。需要重点解释写时分配(Copy-On-Write)机制和缺页中断(Page Fault)的关联。 技术上需要分层说明:首先明确虚拟内存和物理内存的区别,然后用具体场景展示分配时机。特别要注意引用[3]提到的ptmalloc内存池策略——这是glibc的实现细节,用户如果使用C++的new操作符也会有类似行为。 考虑到用户可能后续会问性能调优,准备在相关问题里加入“如何减少缺页中断”的衍生问题。另外用户提到“实际写入时才分配”,说明已经观察到延迟分配现象,回答时需要强化这个认知。</think>malloc申请内存时**不会立即分配物理内存**,而是采用**惰性分配(Lazy Allocation)**机制。以下是关键原理: 1. **虚拟地址分配优先** `malloc()` 首先在进程的**虚拟地址空间**中分配一段连续的地址范围,并更新内存管理数据结构(如堆指针)。此时操作系统仅记录这段虚拟地址的元信息,**未分配实际物理内存** [^1][^3]。 2. **物理内存按需分配** 当程序**首次写入**该内存区域时,触发以下过程: - CPU 访问未映射的虚拟地址 → 触发**缺页异常(Page Fault)** - 操作系统捕获异常,分配**物理页帧(Physical Page)** - 建立虚拟地址到物理页的映射关系 - 程序恢复执行并完成写入 [^1][^4]。 3. **优化策略** - **内存池管理**:如 glibc 的 ptmalloc 会预申请大块内存(通过 `brk()` 或 `mmap()`),将其划分为小块供后续 `malloc` 重用,避免频繁系统调用 [^2][^3]。 - **延迟提交**:即使通过 `mmap()` 分配大内存,Linux 也使用 `MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE` 标志,物理页直到写入时才分配 [^4]。 --- ### 示例场景 ```c char* ptr = malloc(1 * 1024 * 1024 * 1024); // 分配 1GB 虚拟地址(无物理内存占用) ptr[0] = 'a'; // 触发缺页异常,分配首个物理页(通常 4KB) memset(ptr, 0, 1024*1024*1024); // 逐页分配全部物理内存 ``` --- ### 关键结论 | **阶段** | **操作** | **物理内存变化** | |-------------------|-----------------------------------|------------------------| | `malloc()` 调用 | 分配虚拟地址空间 | **不增加** | | 首次写入 | 触发缺页异常,分配物理页 | **按需增加** (4KB/页) | | 未访问的内存区域 | 保持未映射状态 | **始终不分配** | --- **相关问题** 1. 如何检测进程的实际物理内存使用量(RSS)与虚拟内存(VSZ)? 2. `malloc` 大内存失败的可能原因有哪些? 3. 使用 `mlock()` 强制分配物理内存有何应用场景与风险? 4. 内存延迟分配机制如何影响程序性能? [^1]: 惰性分配机制确保物理内存仅在写入时消耗 [^2]: Ptmalloc 通过内存池策略减少系统调用次数 [^3]: `brk()` 扩展堆空间时仅预留虚拟地址 [^4]: 虚拟内存空间限制由操作系统内存布局决定
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