《Linux/Unix系统编程手册》读书笔记4

《Linux/Unix系统编程手册》读书笔记 目录

第7章：

内存分配

通过增加堆的大小分配内存，通过提升program break位置的高度来分配内存。

基本学过C语言的都用过malloc来分配内存，而malloc都基于brk()和sbrk()。

 #include <unistd.h>

 int brk(void *end_data_segment);

 int *sbrk(intptr_t increment);

brk()系统调用会将program break设置为end_data_segment的位置。成功调用返回0,失败返回-1。

sbrk()系统调用会将program break原来的位置增加increment的大小。成功调用返回原来program break的位置，失败返回(void *)-1。

PS：sbrk(0)返回program break的当前位置。

malloc()函数，C使用该函数在堆上分配和释放内存。

 #include <stdlib.h>

 void *malloc(size_t size);

malloc分配size字节大小的内存。并返回指向新分配的内存的起始位置的指针，该内存未经初始化；失败返回NULL。

通常对返回的指针进行显式类型转换来获得自己想要的类型的指针。

实际上每次调用malloc分配内存时，会额外分配多几个字节来记录这块内存的大小。（如下图所示）

free()函数用来释放内存块。

 #include <stdlib.h>

 void free(void *ptr);

free释放ptr指向的内存块，ptr必须是malloc、calloc、realloc返回的指针。

free不会降低program break的位置，而是将该内存添加到空闲内存列表，用于以后malloc使用。

PS：不能对已经调用过free函数的指针，再次调用free，这样会产生错误。

因为malloc分配后的内存会有内存块的长度，所以free会知道这块内存的大小，从而准确的将内存块释放，并放入空闲内存块列表中。

PS：因此不能用free随便释放不是malloc返回的指针。

经过free释放后的内存块结构如下：

其实malloc调用是先查找空闲内存块列表，找到合适的内存块。如果找不到合适的内存块就调用sbrk()来分配更多的内存，为了减少调用sbrk的次数，会分配比size大小更多的内存来增加program break的位置，超出size大小的内存块会放到空闲内存列表。

calloc()函数可以对一组相同的对象分配内存。

#include <stdlib.h>

void *calloc(size_t numitems, size_t size);

numitems指定了对象的数量，size指定了每个对象的大小。成功调用返回内存块的起始地址，失败返回NULL。malloc返回的内存不会初始化，而calloc返回的内存块是已初始化。

realloc()函数可以调整一块内存的大小。

 #include <stdlib.h>

 void *realloc(void *ptr, size_t size);

ptr是需要调整大小的内存块的指针， size是所需调整大小的期望值。

成功调用会返回指向调整后内存块的指针（位置可能不同），失败返回NULL。

练习：

7-1. 修改程序清单7-1中的程序，在每次执行malloc()后打印出program break的当前至。指定一个较小的内存分配尺寸来运行该程序。这将证明malloc不会在每次调用时都会调用sbrk()来调整program break的位置，而是周期性地分大块内存，并从中将小片内存返回给调用者。

程序清单7-1:

 /*
  * =====================================================================================
  *
  *       Filename:  free_and_sbrk.c
  *
  *    Description:
  *
  *        Version:  1.0
  *        Created:  2014年03月19日 11时37分09秒
  *       Revision:  none
  *       Compiler:  gcc
  *
  *         Author:  alan (), alan19920626@gmail.com
  *   Organization:
  *
  * =====================================================================================
  */

 #include "tlpi_hdr.h"

 #define MAX_ALLOCS 1000000

 int main(int argc, char *argv[]){
     char *ptr[MAX_ALLOCS];
     int freeStep, freeMin, freeMax, blockSize, numAllocs, j;

     printf("\n");

     if(argc <  || strcmp(argv[], "--help") == )
         usageErr("%s num-allocs blocksize [step [min [max]]]\n", argv[]);

     numAllocs = getInt(argv[], GN_GT_0, "num-allocs");

     if(numAllocs > MAX_ALLOCS)
         cmdLineErr("num-allocs > %d\n", MAX_ALLOCS);

     blockSize = getInt(argv[], GN_GT_0 | GN_ANY_BASE, "blocksize");

     freeStep = (argc > ) ? getInt(argv[], GN_GT_0, "step") : ;
     freeMin = (argc > ) ? getInt(argv[], GN_GT_0, "min") : ;
     freeMax = (argc > ) ? getInt(argv[], GN_GT_0, "max") : numAllocs;

     if(freeMax > numAllocs)
         cmdLineErr("free-max > num-allocs\n");

     printf("Initial program break:          %10p\n", sbrk());

     printf("Allocing %d*%d bytes\n", numAllocs, blockSize);

     for(j = ; j < numAllocs; j++){
         ptr[j] = malloc(blockSize);
         if(ptr[j] == NULL)
             errExit("malloc");
     }

     printf("Program break is now:           %10p\n", sbrk());

     printf("Freeing blocks from %d to %d in steps of %d\n", freeMin, freeMax, freeStep);
     for(j = freeMin-; j < freeMax; j += freeStep)
         free(ptr[j]);

     printf("After free(), program break is %10p\n", sbrk());

     exit(EXIT_SUCCESS);
 }

 /*
  * =====================================================================================
  *
  *       Filename:  free_and_sbrk.c
  *
  *    Description:
  *
  *        Version:  1.0
  *        Created:  2014年03月19日 11时37分09秒
  *       Revision:  none
  *       Compiler:  gcc
  *
  *         Author:  alan (), alan19920626@gmail.com
  *   Organization:
  *
  * =====================================================================================
  */

 #include "tlpi_hdr.h"

 #define MAX_ALLOCS 1000000

 int main(int argc, char *argv[]){
     char *ptr[MAX_ALLOCS];
     int freeStep, freeMin, freeMax, blockSize, numAllocs, j;

     printf("\n");

     if(argc <  || strcmp(argv[], "--help") == )
         usageErr("%s num-allocs blocksize [step [min [max]]]\n", argv[]);

     numAllocs = getInt(argv[], GN_GT_0, "num-allocs");

     if(numAllocs > MAX_ALLOCS)
         cmdLineErr("num-allocs > %d\n", MAX_ALLOCS);

     blockSize = getInt(argv[], GN_GT_0 | GN_ANY_BASE, "blocksize");

     freeStep = (argc > ) ? getInt(argv[], GN_GT_0, "step") : ;
     freeMin = (argc > ) ? getInt(argv[], GN_GT_0, "min") : ;
     freeMax = (argc > ) ? getInt(argv[], GN_GT_0, "max") : numAllocs;

     if(freeMax > numAllocs)
         cmdLineErr("free-max > num-allocs\n");

     printf("Initial program break:          %10p\n", sbrk());

     printf("Allocing %d*%d bytes\n", numAllocs, blockSize);

     for(j = ; j < numAllocs; j++){
         ptr[j] = malloc(blockSize);
         if(ptr[j] == NULL)
             errExit("malloc");
         printf("After malloc(), program break is: %10p\n", sbrk());
     }

     printf("Program break is now:           %10p\n", sbrk());

     printf("Freeing blocks from %d to %d in steps of %d\n", freeMin, freeMax, freeStep);
     for(j = freeMin-; j < freeMax; j += freeStep)
         free(ptr[j]);

     printf("After free(), program break is %10p\n", sbrk());

     exit(EXIT_SUCCESS);
 }

测试结果：

lancelot@debian:~/Code/tlpi$ ./-   

Initial program break:           0x1913000
Allocing * bytes
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
After malloc(), program break is:  0x1934000
Program break is now:            0x1934000
Freeing blocks from  to  in steps of
After free(), program break is  0x1934000

可以清楚的看得出来，内存块只是调用了一次sbrk()来改变program break的位置，分配15块10个字节的内存块，只是第一次的时候调用了sbrk分配了1000个字节的内存块，并将990个字节大小的内存块放到空闲内存块列表，供以后malloc的调用使用。。。。