malloc中的系统调用brk和mmap

程序员文章站 2022-03-07 15:14:54

malloc中的系统调用brk和mmap 环境 ubuntu14.04 malloc通过系统调用的方式从操作系统申请内存，malloc内部又通过系统调用brk()或mmap来申请内存的。入下图进程虚拟内存布局所示，mmap对应Memory Mapping Segment,brk对应Heap. brk ......

malloc中的系统调用brk和mmap

环境

ubuntu14.04
malloc通过系统调用的方式从操作系统申请内存，malloc内部又通过系统调用brk()或mmap来申请内存的。入下图进程虚拟内存布局所示，mmap对应memory mapping segment,brk对应heap.

malloc中的系统调用brk和mmap

brk

brk通过增加program break的位置（brk）从内核申请（非零值初始化）内存。一开始堆段（heap segment）的其实位置（start_brk）和结束位置（brk）指向同一个位置。
- 当aslr(address space layout randomization)关闭时，start_brk和brk同时指向data/bss段的结束位置（end_data)
- 当aslr打开时，start_brk和brk同时指向data/bss段的结束位置（end_data）再加上一个随机的brk偏移。
上面的进程虚拟内存布局展示了，start_brk是堆段的开始位置，brk（program break）是堆栈的结束位置。

例子

/* sbrk, brk 例子 */
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main()
{
        void *curr_brk, *tmp_brk = null;

        printf("welcome to sbrk example:%d\n", getpid());

        /* sbrk(0) 获取当前 program break 位置 */
        tmp_brk = curr_brk = sbrk(0);
        printf("program break location1:%p\n", curr_brk);
        getchar();

        /* 使用 brk 增加 program break 位置 */
        brk(curr_brk+4096);

        curr_brk = sbrk(0);
        printf("program break location2:%p\n", curr_brk);
        getchar();

        /* 使用 brk 减小 program break 位置 */
        brk(tmp_brk);

        curr_brk = sbrk(0);
        printf("program break location3:%p\n", curr_brk);
        getchar();

        return 0;
}

在增加program break之前，输出如下：
start_brk=brk=end_data=0x602000
在增加program break之后，输入如下：
start_brk=end_data=0x602000,brk=0x603000.
可以观察到堆段

00602000-00603000 rw-p 00000000 00:00 0                                  [heap]

00602000-00603000是堆段的虚拟地址范围
rw-p的标准含义是read、write、 noexecute、private
00000000 是文件偏移量，由于没有映射任何文件所以为0
00：00 是major/minor device number，由于没有映射任何文件所以为0
0是inode 也是没有映射任何文件所以为0
【heap】是堆段

mmap

malloc使用mmap创建一个私有匿名的映射段，这个映射段的主要目的是申请一块（零值初始化的）新内存，并且这块内存只能被调用的这个进程独占使用。

/* 使用mmap系统调用做私有匿名映射的例子 */
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

void static inline errexit(const char* msg)
{
        printf("%s failed. exiting the process\n", msg);
        exit(-1);
}

int main()
{
        int ret = -1;
        printf("welcome to private anonymous mapping example::pid:%d\n", getpid());
        printf("before mmap\n");
        getchar();
        char* addr = null;
        addr = mmap(null, (size_t)132*1024, prot_read|prot_write, map_private | map_anonymous, -1, 0);
        if (addr == map_failed)
                errexit("mmap");
        printf("after mmap\n");
        getchar();

        /* unmap mapped region. */
        ret = munmap(addr, (size_t)132*1024);
        if(ret == -1)
                errexit("munmap");
        printf("after munmap\n");
        getchar();
        return 0;
}