malloc 使用什么系统调用？

Question

我正在研究 memory 管理并对 malloc 的工作原理有疑问。 malloc 手册页指出：

通常， malloc()从堆中分配 memory ，并根据需要调整堆的大小，使用sbrk(2) 。 当分配大于MMAP_THRESHOLD字节的 memory 块时，glibc malloc()实现使用mmap(2)将 memory 分配为私有匿名映射。 MMAP_THRESHOLD默认为 128 kB，但可以使用mallopt(3)进行调整。

为了验证它，我用一段代码做了一个实验：

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

int main()
{
    int size = 10;
    int *p = malloc(size);

    if(p)
    {
        printf("allocated %d bytes at addr: %p \n", size, p);
        free(p);
    }
    else
    {
        free(p);
    }

    return 0;
}

我用strace跟踪了这个程序，看看使用了什么系统调用。 结果如下：

为什么在这个例子中 malloc 调用 mmap 而不是 brk？

Answer 1

所有这些mmap()调用都是程序在加载共享库时启动的一部分。 这是您在对大多数程序进行strace时会看到的标准内容。

真正的动作在最后几行：

• 来自malloc()的两次对brk()的调用。
• 来自printf()的fstat()和write()调用。

您可以在main()的顶部添加打印输出，以查看您的代码何时真正开始运行。

^{（重要的是直接调用write()系统调用，而不是使用printf()或puts()打印。stdio 函数在内部调用malloc() ，这混淆了我们正在尝试测试的内容。）}

#include <unistd.h>

int main()
{
    write(1, "start\n", 6);

    ...
}

当我这样做时，我在brk(NULL)之前看到write()调用，我在下面用空行标记：

...
mmap(0x7f1b34802000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1e7000) = 0x7f1b34802000
mmap(0x7f1b34808000, 15072, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f1b34808000
close(3)                                = 0
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f1b34a124c0) = 0
mprotect(0x7f1b34802000, 16384, PROT_READ) = 0
mprotect(0x558c3cd9a000, 4096, PROT_READ) = 0
mprotect(0x7f1b34a33000, 4096, PROT_READ) = 0
munmap(0x7f1b34a13000, 128122)          = 0

write(1, "start\n", 6)                  = 6
brk(NULL)                               = 0x558c3dc58000
brk(0x558c3dc79000)                     = 0x558c3dc79000
fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 4), ...}) = 0
write(1, "allocated 10 bytes at addr: 0x55"..., 44) = 44
exit_group(0)                           = ?
+++ exited with 0 +++

Answer 2

大多数libc实现都是开源的。 研究glibc或musl-libc的源代码。 两者都实现malloc和free 。 也可以使用strace(1)

通常，他们使用mmap(2)或有时使用sbrk(2)

当然，他们尽量减少系统调用的数量，至少对于较小的 memory 大小。