malloc（）如何知道堆的起始位置？

Question

当操作系统将进程加载到内存中时，它会将堆栈指针初始化为虚拟地址，它确定堆栈应该进入进程的虚拟地址空间，程序代码使用此寄存器来知道堆栈变量的位置。我的问题是malloc（）如何知道堆从哪个虚拟地址开始？堆是否总是存在于数据段的末尾，如果是这样，malloc（）如何知道它在哪里？或者它甚至是一个连续的内存区域，还是随机散布在数据部分中的其他全局变量中？

Answer 1

malloc实现依赖于操作系统;他们用来获取堆的开头的过程也是如此。在UNIX上，这可以通过在初始化时调用sbrk(0)来完成。在其他操作系统上，过程是不同的。

请注意，您可以在不知道堆的位置的情况下实现malloc。您可以将空闲列表初始化为NULL，并在每次找到相应大小的免费元素时使用分配大小调用sbrk或类似函数。

Answer 2

^{这只涉及malloc}

的Linux实现

Linux或Posix上的许多malloc实现使用mmap(2)系统调用来获得相当大的内存范围。然后他们可以使用munmap(2)来释放它。

^{（看起来sbrk(2)可能不再使用了很多;特别是，它不是ASLR友好的，可能不是多线程友好的）}

这些系统调用都可能非常广泛，因此有些实现会在相当大的块中询问内存（使用mmap）（例如，在一个或几兆字节的块中）。然后他们管理自由空间，例如它们将处理不同的小型malloc和大型malloc。

mmap系统调用通常不会开始在某些固定的部分给出内存范围（特别是因为ASLR。

尝试使用您的系统运行一个简单的程序，打印单个malloc（例如128 int - s）的结果。您可能会在一次运行到另一次运行时观察到不同的地址（因为ASLR）。而且strace(1) - 它非常有启发性。另请尝试cat /proc/self/maps（或在程序中打印/proc/self/maps行）。见proc(5)

所以没有必要在某个地址“开始”堆，并且在许多系统上都没有任何意义。内核在随机页面上提供虚拟地址段。

顺便说一句，GNU libc和musl libc都是free software。您应该查看其malloc实现的源代码。我发现source code of musl libc非常易读。

Answer 3

在Windows上，使用Heap functions获取进程堆内存。 C运行时将使用HeapAlloc在堆上分配内存块，然后使用它来完成malloc个请求。