《Linux/Unix系統編程手冊》讀書筆記 目錄

第7章：

內存分配

通過增加堆的大小分配內存，通過提升PRogram break位置的高度來分配內存。

基本學過C語言的都用過malloc來分配內存，而malloc都基于brk()和sbrk()。

1 #include <unistd.h>2 3 int brk(void *end_data_segment);4 5 int *sbrk(intptr_t increment);

brk()系統調用會將program break設置為end_data_segment的位置。成功調用返回0,失敗返回-1。

sbrk()系統調用會將program break原來的位置增加increment的大小。成功調用返回原來program break的位置，失敗返回(void *)-1。

PS：sbrk(0)返回program break的當前位置。

malloc()函數，C使用該函數在堆上分配和釋放內存。

1 #include <stdlib.h>2 3 void *malloc(size_t size);

malloc分配size字節大小的內存。并返回指向新分配的內存的起始位置的指針，該內存未經初始化；失敗返回NULL。

通常對返回的指針進行顯式類型轉換來獲得自己想要的類型的指針。

實際上每次調用malloc分配內存時，會額外分配多幾個字節來記錄這塊內存的大小。（如下圖所示）

free()函數用來釋放內存塊。

1 #include <stdlib.h>2 3 void free(void *ptr);

free釋放ptr指向的內存塊，ptr必須是malloc、calloc、realloc返回的指針。

free不會降低program break的位置，而是將該內存添加到空閑內存列表，用于以后malloc使用。

PS：不能對已經調用過free函數的指針，再次調用free，這樣會產生錯誤。

因為malloc分配后的內存會有內存塊的長度，所以free會知道這塊內存的大小，從而準確的將內存塊釋放，并放入空閑內存塊列表中。

PS：因此不能用free隨便釋放不是malloc返回的指針。

經過free釋放后的內存塊結構如下：

其實malloc調用是先查找空閑內存塊列表，找到合適的內存塊。如果找不到合適的內存塊就調用sbrk()來分配更多的內存，為了減少調用sbrk的次數，會分配比size大小更多的內存來增加program break的位置，超出size大小的內存塊會放到空閑內存列表。

calloc()函數可以對一組相同的對象分配內存。

#include <stdlib.h>void *calloc(size_t numitems, size_t size);

numitems指定了對象的數量，size指定了每個對象的大小。成功調用返回內存塊的起始地址，失敗返回NULL。malloc返回的內存不會初始化，而calloc返回的內存塊是已初始化。

realloc()函數可以調整一塊內存的大小。

1 #include <stdlib.h>2 3 void *realloc(void *ptr, size_t size);

ptr是需要調整大小的內存塊的指針， size是所需調整大小的期望值。

成功調用會返回指向調整后內存塊的指針（位置可能不同），失敗返回NULL。

練習：

7-1. 修改程序清單7-1中的程序，在每次執行malloc()后打印出program break的當前至。指定一個較小的內存分配尺寸來運行該程序。這將證明malloc不會在每次調用時都會調用sbrk()來調整program break的位置，而是周期性地分大塊內存，并從中將小片內存返回給調用者。

程序清單7-1:

 1 /* 2  * ===================================================================================== 3  * 4  *       Filename:  free_and_sbrk.c 5  * 6  *    Description:   7  * 8  *        Version:  1.0 9  *        Created:  2014年03月19日 11時37分09秒10  *       Revision:  none11  *       Compiler:  gcc12  *13  *         Author:  alan (), alan19920626@Gmail.com14  *   Organization:  15  *16  * =====================================================================================17  */18 19 #include "tlpi_hdr.h"20 21 #define MAX_ALLOCS 100000022 23 int main(int argc, char *argv[]){24     char *ptr[MAX_ALLOCS];25     int freeStep, freeMin, freeMax, blockSize, numAllocs, j;26 27     printf("/n");28 29     if(argc < 3 || strcmp(argv[1], "--help") == 0)30         usageErr("%s num-allocs blocksize [step [min [max]]]/n", argv[0]);31 32     numAllocs = getInt(argv[1], GN_GT_0, "num-allocs");33 34     if(numAllocs > MAX_ALLOCS)35         cmdLineErr("num-allocs > %d/n", MAX_ALLOCS);36 37     blockSize = getInt(argv[2], GN_GT_0 | GN_ANY_BASE, "blocksize");38 39     freeStep = (argc > 3) ? getInt(argv[3], GN_GT_0, "step") : 1;40     freeMin = (argc > 4) ? getInt(argv[4], GN_GT_0, "min") : 1;41     freeMax = (argc > 5) ? getInt(argv[5], GN_GT_0, "max") : numAllocs;42 43     if(freeMax > numAllocs)44         cmdLineErr("free-max > num-allocs/n");45 46     printf("Initial program break:          %10p/n", sbrk(0));47 48     printf("Allocing %d*%d bytes/n", numAllocs, blockSize);49 50     for(j = 0; j < numAllocs; j++){51         ptr[j] = malloc(blockSize);52         if(ptr[j] == NULL)53             errExit("malloc");54     }55 56     printf("Program break is now:           %10p/n", sbrk(0));57 58     printf("Freeing blocks from %d to %d in steps of %d/n", freeMin, freeMax, freeStep);59     for(j = freeMin-1; j < freeMax; j += freeStep)60         free(ptr[j]);61 62     printf("After free(), program break is %10p/n", sbrk(0));63 64     exit(EXIT_SUCCESS);65 }

 1 /* 2  * ===================================================================================== 3  * 4  *       Filename:  free_and_sbrk.c 5  * 6  *    Description:   7  * 8  *        Version:  1.0 9  *        Created:  2014年03月19日 11時37分09秒10  *       Revision:  none11  *       Compiler:  gcc12  *13  *         Author:  alan (), alan19920626@gmail.com14  *   Organization:  15  *16  * =====================================================================================17  */18 19 #include "tlpi_hdr.h"20 21 #define MAX_ALLOCS 100000022 23 int main(int argc, char *argv[]){24     char *ptr[MAX_ALLOCS];25     int freeStep, freeMin, freeMax, blockSize, numAllocs, j;26 27     printf("/n");28 29     if(argc < 3 || strcmp(argv[1], "--help") == 0)30         usageErr("%s num-allocs blocksize [step [min [max]]]/n", argv[0]);31 32     numAllocs = getInt(argv[1], GN_GT_0, "num-allocs");33 34     if(numAllocs > MAX_ALLOCS)35         cmdLineErr("num-allocs > %d/n", MAX_ALLOCS);36 37     blockSize = getInt(argv[2], GN_GT_0 | GN_ANY_BASE, "blocksize");38 39     freeStep = (argc > 3) ? getInt(argv[3], GN_GT_0, "step") : 1;40     freeMin = (argc > 4) ? getInt(argv[4], GN_GT_0, "min") : 1;41     freeMax = (argc > 5) ? getInt(argv[5], GN_GT_0, "max") : numAllocs;42 43     if(freeMax > numAllocs)44         cmdLineErr("free-max > num-allocs/n");45 46     printf("Initial program break:          %10p/n", sbrk(0));47 48     printf("Allocing %d*%d bytes/n", numAllocs, blockSize);49 50     for(j = 0; j < numAllocs; j++){51         ptr[j] = malloc(blockSize);52         if(ptr[j] == NULL)53             errExit("malloc");54         printf("After malloc(), program break is: %10p/n", sbrk(0));55     }56 57     printf("Program break is now:           %10p/n", sbrk(0));58 59     printf("Freeing blocks from %d to %d in steps of %d/n", freeMin, freeMax, freeStep);60     for(j = freeMin-1; j < freeMax; j += freeStep)61         free(ptr[j]);62 63     printf("After free(), program break is %10p/n", sbrk(0));64 65     exit(EXIT_SUCCESS);66 }

測試結果：

lancelot@debian:~/Code/tlpi$ ./7-1 15 10 2Initial program break:           0x1913000Allocing 15*10 bytesAfter malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000After malloc(), program break is:  0x1934000Program break is now:            0x1934000Freeing blocks from 1 to 15 in steps of 2After free(), program break is  0x1934000

可以清楚的看得出來，內存塊只是調用了一次sbrk()來改變program break的位置，分配15塊10個字節的內存塊，只是第一次的時候調用了sbrk分配了1000個字節的內存塊，并將990個字節大小的內存塊放到空閑內存塊列表，供以后malloc的調用使用。。。。