malloc() 使用 brk() 还是 mmap()？

Posted 2023-02-21

【中文标题】malloc() 使用 brk() 还是 mmap()？

【英文标题】：Does malloc() use brk() or mmap()?

【发布时间】：2015-08-13 01:53:11

【问题描述】：

c 代码：

// program break mechanism
// TLPI exercise 7-1

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

void program_break_test() 
    printf("%10p\n", sbrk(0));

    char *bl = malloc(1024 * 1024);
    printf("%x\n", sbrk(0));

    free(bl);
    printf("%x\n", sbrk(0));



int main(int argc, char **argv) 
    program_break_test();
    return 0;

编译以下代码时：

 printf("%10p\n", sbrk(0));

我收到警告提示：

format ‘%p’ expects argument of type ‘void *’, but argument 2 has type ‘int’

问题 1： 为什么会这样？

---

在我malloc(1024 * 1024)之后，似乎程序中断没有改变。

这是输出：

9b12000
9b12000
9b12000

问题 2： 进程启动时是否在堆上分配内存以供将来使用？还是编译器改变了分配的时间点？否则，为什么呢？

---

[更新] 摘要：brk() 或 mmap()

在查看了 TLPI 并检查了手册页（在 TLPI 的作者的帮助下），现在我明白了malloc() 是如何决定使用brk() 或mmap() 的，如下所示：

mallopt()可以设置参数来控制malloc()的行为，有一个参数叫M_MMAP_THRESHOLD，一般来说：

如果请求的内存小于它，将使用brk()； 如果请求的内存大于或等于它，将使用mmap()；

参数的默认值为128kb（在我的系统上），但是在我的测试程序中我使用了1Mb，所以选择了mmap()，当我将请求的内存更改为32kb时，我看到brk()会是用过。

这本书在 TLPI 第 147 页和第 1035 页中提到了这一点，但我没有仔细阅读那部分。

参数的详细信息可以在mallopt()的手册页中找到。

【问题讨论】：

#include <unistd.h>?

@JS1 是的，解决了这个问题，你能解释一下吗，我是 linux 编程新手...

您需要sbrk() 的原型，它位于unistd.h 中。如果没有原型，编译器会假定未知函数返回 int。

@JS1 是的，我以为sbrk() 是在stdlib.h 中声明的，谢谢！

@EricWang：如果您使用 -Wall 编译（假设您使用 gcc 或 clang），它会发出警告。您应该始终使用 -Wall 进行编译。

【参考方案1】：

如果我们更改程序以查看malloc'd 的内存在哪里：

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

void program_break_test() 
  printf("%10p\n", sbrk(0));

  char *bl = malloc(1024 * 1024);
  printf("%10p\n", sbrk(0));
  printf("malloc'd at: %10p\n", bl);

  free(bl);
  printf("%10p\n", sbrk(0));



int main(int argc, char **argv) 
  program_break_test();
  return 0;

sbrk 不会改变可能更清楚一点。 malloc 给我们的内存被映射到一个完全不同的位置。

您还可以在 Linux 上使用 strace 查看进行了哪些系统调用，并发现 malloc 正在使用 mmap 执行分配。

【讨论】：

我发现有一个THRESHOLD来控制是使用brk()还是mmap()，我在问题中更新了。

【参考方案2】：

malloc不限于使用sbrk分配内存。例如，它可能使用mmap 映射一个大的MAP_ANONYMOUS 内存块；通常mmap 会分配一个远离数据段的虚拟地址。

还有其他可能性。特别是malloc，作为标准库的核心部分，本身并不局限于标准库函数；它可以利用操作系统特定的接口。

【讨论】：

您是说mmap 可以分配比sbrk 更多的内存吗？如果是这样，sbrk 在哪里分配内存，mmap 在哪里分配内存？ +1 -- 很好的答案。

sbrk 在特定位置分配内存；每次调用sbrk 时，您都会获得与上一次调用连续的一大块内存。从历史上看，这是堆和堆栈之间的边界（堆从数据段向上生长，堆栈从进程地址空间的末端向下生长）。 mmap 通常不能分配更多内存，但它绝对可以分配不同的地址和更多的选项（内存保护标志、后备存储、巨大的虚拟块（以减少页表大小）等）

@petercordes：是的，我确实是这个意思。谢谢。

【参考方案3】：

如果你在代码中使用malloc，它会在开头调用brk()，从堆中分配0x21000字节，就是你打印的地址，所以问题1：下面mallocs的要求可以从预先分配的空间相遇，所以这些mallocs实际上并没有调用brk，它是malloc中的优化。如果下次您想将 malloc 大小超出该边界，则会调用新的 brk（如果不大于 mmap 阈值）。