Question

我正在尝试了解memalign()和posix_memalign()的功能。阅读可用的文档没有帮助。

有人可以帮我理解它是如何工作的以及它用于什么？或者，也许提供一个用法示例？

我正在尝试了解linux内存的工作原理，我需要编写自己的简单内存池（低碎片堆）。

Answer 1

尽管malloc为您提供了一块可以进行任何对齐的内存（唯一的要求是它必须针对实现支持的最大基元类型进行对齐），posix_memalign会为您提供一个块保证具有请求对齐的内存。

所以结果例如posix_memalign(&p, 32, 128)将是一个128字节的内存块，其起始地址保证为32的倍数。

这对于需要遵循特定对齐的内存的各种低级操作（例如使用SSE指令或DMA）非常有用。

Answer 2

malloc始终返回设置为任何基元类型所需的最大对齐的内存。这允许malloc'内存存储您可能需要的任何类型。我对posix_memalign的描述的理解是，它返回一个内存位置，其地址将是您指定的任何对齐的倍数。

我不确定在编写自定义内存池时这会有多大用处，但我已经开始提供一个如何实现它的示例。不同之处在于我的示例，分配了malloc_aligned的任何内容都必须使用free_aligned释放;但是，使用posix_memalign，您可以使用free。

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

void *malloc_aligned(size_t alignment, size_t bytes)
{
    // we need to allocate enough storage for the requested bytes, some 
    // book-keeping (to store the location returned by malloc) and some extra
    // padding to allow us to find an aligned byte.  im not entirely sure if 
    // 2 * alignment is enough here, its just a guess.
    const size_t total_size = bytes + (2 * alignment) + sizeof(size_t);

    // use malloc to allocate the memory.
    char *data = malloc(sizeof(char) * total_size);

    if (data)
    {
        // store the original start of the malloc'd data.
        const void * const data_start = data;

        // dedicate enough space to the book-keeping.
        data += sizeof(size_t);

        // find a memory location with correct alignment.  the alignment minus 
        // the remainder of this mod operation is how many bytes forward we need 
        // to move to find an aligned byte.
        const size_t offset = alignment - (((size_t)data) % alignment);

        // set data to the aligned memory.
        data += offset;

        // write the book-keeping.
        size_t *book_keeping = (size_t*)(data - sizeof(size_t));
        *book_keeping = (size_t)data_start;
    }

    return data;
}

void free_aligned(void *raw_data)
{
    if (raw_data)
    {
        char *data = raw_data;

        // we have to assume this memory was allocated with malloc_aligned.  
        // this means the sizeof(size_t) bytes before data are the book-keeping 
        // which points to the location we need to pass to free.
        data -= sizeof(size_t);

        // set data to the location stored in book-keeping.
        data = (char*)(*((size_t*)data));

        // free the memory.
        free(data);
    }
}

int main()
{
    char *ptr = malloc_aligned(7, 100);

    printf("is 5 byte aligned = %s\n", (((size_t)ptr) % 5) ? "no" : "yes");
    printf("is 7 byte aligned = %s\n", (((size_t)ptr) % 7) ? "no" : "yes");

    free_aligned(ptr);

    return 0;
}

Answer 3

除了Oli的回答，我想指出一个更重要的问题。

在最近的x86架构中，缓存行是64字节，它是从内存到缓存的最小数据量。假设您的结构大小为56个字节，那么您有大量的结构。当您查找一个元素时，CPU将需要发出2个内存请求（即使它位于缓存行的中间，它也可能发出2个请求）。这对性能不利，因为您必须等待内存，并且使用更多缓存，这最终会提供更高的缓存未命中率。在这种情况下，仅使用posix_memalign是不够的，但是您应该将结构填充或压缩为64字节边界。

拥有40字节结构只是运气不好：）

Answer 4

它是如何工作的依赖于实现。该函数的目的是为您提供一个n字节对齐的内存块（块的起始地址是n的乘法）。

Answer 5

由于memalign已经过时（参考：手册页），因此这里仅描述malloc（）和posix_memalign（）之间的区别。 malloc（）是8字节对齐的（例如，对于RHEL 32位），但对于posix_memalign（），对齐是用户可定义的。要知道这个的用法，也许一个很好的例子是使用mprotect（）设置内存属性。要使用mprotect（），内存指针必须是PAGE对齐的。因此，如果使用pagesize作为对齐调用posix_memalign（），则返回的指针可以轻松提交到mprotect（）以设置读写可执行属性。（例如，将数据复制到内存指针后，可以将其设置为只读属性以防止其被修改）。＆＃34; malloc（）＆＃34;＆＃39;返回的指针不能在这里使用。

Answer 6

在 GNU C 中使用 posix_memalign 时，应注意第二个参数不仅应为2的幂，而且应为sizeof（void *）。请注意，此要求与memalign函数中的要求不同，后者仅需要2的幂。

int
__posix_memalign (void **memptr, size_t alignment, size_t size)
{
  void *mem;

  /* Test whether the SIZE argument is valid.  It must be a power of
     two multiple of sizeof (void *).  */
  if (alignment % sizeof (void *) != 0
      || !powerof2 (alignment / sizeof (void *))
      || alignment == 0)
    return EINVAL;


  void *address = RETURN_ADDRESS (0);
  mem = _mid_memalign (alignment, size, address);

  if (mem != NULL)
    {
      *memptr = mem;
      return 0;
    }

  return ENOMEM;
}
weak_alias (__posix_memalign, posix_memalign)

当我们查看posix_memalign实现中的第一个if条件时，它将检查对齐是否为sizeof（void *）的倍数。

Answer 7

便于在Linux虚拟内存子系统中使用THP：https://youtu.be/fgC6RUlkQE4?t=4930

Answer 8

deffault malloc返回指针是8的倍数，这意味着malloc拆分内存到块有8个字节，并在每个块的开头检查空闲内存。有两个问题面孔。

更大的块会浪费更多内存，但更大的块可以帮助C更快地找到免费的块内存。 memalign可以改变这些块的大小。如果要节省内存，请将块的大小减小到2或4.如果要使应用程序更快，请将块的大小增加到2的幂。

posix_memalign / memalign做了什么

8 个答案: