Question

每当你研究进程的内存分配时，你通常会看到它如下所示：

enter image description here

到目前为止一切顺利。

但是你有sbrk（）系统调用允许程序改变其数据部分的上限，它也可以用来简单地检查sbrk的限制在哪里（ 0）。使用该功能，我发现了以下模式：

模式1 - 小型malloc

我在Linux机器上运行以下程序：

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

int globalVar;

int main(){
        int localVar;
        int *ptr;

        printf("localVar address (i.e., stack) = %p\n",&localVar);
        printf("globalVar address (i.e., data section) = %p\n",&globalVar);
        printf("Limit of data section = %p\n",sbrk(0));

        ptr = malloc(sizeof(int)*1000);

        printf("ptr address (should be on stack)= %p\n",&ptr);
        printf("ptr points to: %p\n",ptr);
        printf("Limit of data section after malloc= %p\n",sbrk(0));

        return 0;
}

输出如下：

localVar address (i.e., stack) = 0xbfe34058
globalVar address (i.e., data section) = 0x804a024
Limit of data section = 0x91d9000
ptr address (should be on stack)= 0xbfe3405c
ptr points to: 0x91d9008
Limit of data section after malloc= 0x91fa000

正如您所看到的，已分配的内存区域位于旧数据部分限制之上，并且在向上推动限制的malloc之后，因此分配的区域实际上位于新数据部分内。

问题1 ：这是否意味着小型malloc将在数据部分分配内存而根本不使用堆？

模式2 - Big Malloc

如果在第15行增加请求的内存大小：

ptr = malloc(sizeof(int)*100000);

您现在将输出以下内容：

localVar address (i.e., stack) = 0xbf93ba68
globalVar address (i.e., data section) = 0x804a024
Limit of data section = 0x8b16000
ptr address (should be on stack)= 0xbf93ba6c
ptr points to: 0xb750b008
Limit of data section after malloc= 0x8b16000

正如您在此处所看到的，数据部分的限制没有改变，而是分配的内存区域位于数据部分和堆栈之间的间隙部分的中间。

问题2 ：这是实际使用堆的大型malloc吗？

问题3 ：对此行为有何解释？我发现它有点不安全，因为在第一个例子（小malloc）上，即使你释放分配的内存，你仍然可以使用指针并使用该内存而不会出现seg错误，因为它将在你的数据中部分，这可能导致难以发现错误。

使用规范进行更新：Ubuntu 12.04,32位，gcc版本4.6.3，Linux内核3.2.0-54-generic-pae。

更新2：罗德里戈的回答解决了这个谜团。 This Wikipedia link也有帮助。

Answer 1

首先，绝对确定发生的事情的唯一方法是阅读malloc的源代码。或者甚至更好，使用调试器逐步完成它。

但无论如何，这是我对这些事情的理解：

系统调用sbrk()用于增加数据部分的大小，可以。通常，您不会直接调用它，但它将由malloc()的实现调用，以增加堆的可用内存。
函数malloc()不从OS分配内存。它只是将数据部分分成几部分，并将这些部分分配给任何需要它们的人。您使用free()将一件作品标记为未使用且可用于重新分配。
第2点过于简单化。至少GCC实现，对于大块，malloc()使用mmap()使用私有的非文件支持选项分配它们。因此，这些块在数据段之外。显然，在这样的区块中调用free()会调用munmap()。

什么是大块取决于许多细节。有关详细信息，请参阅man mallopt。

由此可以猜出当你访问free'd memory时会发生什么：

如果块小，内存仍然存在，所以如果你读不了就会发生。如果你写它，你可能会破坏内部堆结构，或者它可能已被重用，你可以破坏任何随机结构。
如果块很大，则内存已取消映射，因此任何访问都将导致分段错误。除非在过渡期间出现不可能的情况，否则会分配另一个大块（或另一个线程调用mmap()并且恰好使用相同的地址范围。

<强>澄清

术语数据部分使用两种不同的含义，具体取决于上下文。

可执行文件的.data部分（链接器角度）。它还可能包含.bss甚至.rdata。对于没有任何意义的操作系统，它只是将程序的各个部分映射到内存中，而不考虑除了标志之外的内容（只读，可执行......）。
堆，即每个进程拥有的内存块，不是从可执行文件读取的，可以使用sbrk()增长。

您可以看到使用以下命令打印简单程序（cat）的内存布局：

$ cat /proc/self/maps
08048000-08053000 r-xp 00000000 00:0f 1821106    /usr/bin/cat
08053000-08054000 r--p 0000a000 00:0f 1821106    /usr/bin/cat
08054000-08055000 rw-p 0000b000 00:0f 1821106    /usr/bin/cat
09152000-09173000 rw-p 00000000 00:00 0          [heap]
b73df000-b75a5000 r--p 00000000 00:0f 2241249    /usr/lib/locale/locale-archive
b75a5000-b75a6000 rw-p 00000000 00:00 0 
b75a6000-b774f000 r-xp 00000000 00:0f 2240939    /usr/lib/libc-2.18.so
b774f000-b7750000 ---p 001a9000 00:0f 2240939    /usr/lib/libc-2.18.so
b7750000-b7752000 r--p 001a9000 00:0f 2240939    /usr/lib/libc-2.18.so
b7752000-b7753000 rw-p 001ab000 00:0f 2240939    /usr/lib/libc-2.18.so
b7753000-b7756000 rw-p 00000000 00:00 0 
b7781000-b7782000 rw-p 00000000 00:00 0 
b7782000-b7783000 r-xp 00000000 00:00 0          [vdso]
b7783000-b77a3000 r-xp 00000000 00:0f 2240927    /usr/lib/ld-2.18.so
b77a3000-b77a4000 r--p 0001f000 00:0f 2240927    /usr/lib/ld-2.18.so
b77a4000-b77a5000 rw-p 00020000 00:0f 2240927    /usr/lib/ld-2.18.so
bfba0000-bfbc1000 rw-p 00000000 00:00 0          [stack]

第一行是可执行代码（.text部分）。

第二行是只读数据（.rdata部分）和其他一些只读部分。

第三行是.data + .bss以及其他一些可写部分。

第四行是堆！

下一行，具有名称的行是内存映射文件或共享对象。那些没有名字的人可能是大型的malloc'ed内存块（或者也许是私人匿名mmap，他们无法区分）。

最后一行是堆栈！

如果请求的内存空间很大，Malloc是否只使用堆？

1 个答案: