Do czego służy wywołanie systemowe brk ()?

Minimal runnable przykład

Do czego służy funkcja systemowa brk?

Prosi jądro, aby umożliwiło Ci odczyt i zapis do sąsiedniej części pamięci zwanej stertą.

BEZ brk:

#define _GNU_SOURCE
#include <unistd.h>

int main(void) {
    /* Get the first address beyond the end of the heap. */
    void *b = sbrk(0);
    int *p = (int *)b;
    /* May segfault because it is outside of the heap. */
    *p = 1;
    return 0;
}

Z brk:

#define _GNU_SOURCE
#include <assert.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    void *b = sbrk(0);
    int *p = (int *)b;

    /* Move it 2 ints forward */
    brk(p + 2);

    /* Use the ints. */
    *p = 1;
    *(p + 1) = 2;
    assert(*p == 1);
    assert(*(p + 1) == 2);

    /* Deallocate back. */
    brk(b);

    return 0;
}

Testowane na Ubuntu 14.04.

Wizualizacja wirtualnej przestrzeni adresowej

Przed brk:

+------+ <-- Heap Start == Heap End

Po brk(p + 2):

+------+ <-- Heap Start + 2 * sizof(int) == Heap End 
|      |
| You can now write your ints
| in this memory area.
|      |
+------+ <-- Heap Start

Po brk(b):

+------+ <-- Heap Start == Heap End

Aby lepiej zrozumieć przestrzenie adresowe, powinieneś zapoznać się z pagingiem: Jak działa paging x86?

Więcej informacji

brk kiedyś był to POSIX, ale został usunięty w POSIX 2001, stąd potrzeba _GNU_SOURCE dostępu do wrappera glibc.

Usunięcie jest prawdopodobnie spowodowane wprowadzeniem mmap, który jest supersetem, który umożliwia przydzielanie wielu zakresów i większą alokację opcje.

Wewnętrznie, jądro decyduje, czy proces może mieć tyle pamięci, a do tego używa się stron pamięci .

brk i {[12] } są powszechnymi mechanizmami bazowymi, których libc używa do implementacji malloc w systemach POSIX.

To wyjaśnia jak stos porównuje się do sterty: Jaka jest funkcja instrukcji push / pop używanych w rejestrach w x86 assembly?

Możesz użyć brk i sbrk siebie, aby uniknąć "malloc overhead", na które wszyscy zawsze narzekają. Ale nie można łatwo użyć tej metody w połączeniu z malloc, więc jest to właściwe tylko wtedy, gdy nie musisz free niczego. Ponieważ nie możesz. powinieneś także unikać wywołań bibliotek, które mogą używać malloc wewnętrznie. Ie. strlen jest prawdopodobnie bezpieczny, ale fopen prawdopodobnie nie jest.

Zadzwoń sbrk tak jak ty zadzwonisz malloc. Zwraca wskaźnik do bieżącej przerwy i przyrosty przerwa o taką kwotę.

void *myallocate(int n){
    return sbrk(n);
}

Podczas gdy nie możesz zwolnić pojedynczych alokacji (ponieważ nie ma malloc-overhead, pamiętaj), możesz uwolnić całą przestrzeń przez wywołaniebrk z wartością zwróconą przez pierwsze wywołanie do sbrk, w ten sposób przewijając BRK .

void *memorypool;
void initmemorypool(void){
    memorypool = sbrk(0);
}
void resetmemorypool(void){
    brk(memorypool);
}

Można nawet układać te regiony, odrzucając ostatni region przez przewinięcie przerwy do początku regionu.

Jeszcze jedno. ...

sbrk jest również przydatny w kodzie golf, ponieważ jest o 2 znaki krótszy od malloc.

Istnieje specjalne anonimowe mapowanie pamięci prywatnej (tradycyjnie zlokalizowane tuż za data/bss, ale nowoczesny Linux faktycznie dostosuje lokalizację za pomocą ASLR). W zasadzie nie jest to lepsze niż jakiekolwiek inne mapowanie, które można utworzyć za pomocą mmap, ale Linux ma pewne optymalizacje, które umożliwiają rozszerzenie końca tego mapowania (przy użyciu syscall brk) w górę z obniżonym kosztem blokowania w stosunku do tego, co mmap lub mremap poniosłoby. To czyni go atrakcyjnym dla malloc implementacje do wykorzystania przy implementacji sterty głównej.

Mogę odpowiedzieć na twoje drugie pytanie. Malloc zawiedzie i zwróci wskaźnik null. Dlatego zawsze sprawdzasz wskaźnik null podczas dynamicznego przydzielania pamięci.

Sterta jest umieszczana jako ostatnia w segmencie danych programu. brk() służy do zmiany (rozwinięcia) rozmiaru sterty. Gdy sterta nie może już rosnąć żadne wywołanie malloc nie powiedzie się.

Segment danych jest częścią pamięci, która przechowuje wszystkie dane statyczne, wczytane z pliku wykonywalnego podczas uruchamiania i zwykle wypełnione zero.

Malloc używa wywołania systemowego brk do przydzielania pamięci.

Include

int main(void){

char *a = malloc(10); 
return 0;
}

Uruchom ten prosty program ze strace, wywoła system brk.

1. Wywołanie systemowe, które obsługuje alokację pamięci, to sbrk(2). Zwiększa lub zmniejsza przestrzeń adresową procesu o określoną liczbę bajtów.

2. Funkcja alokacji pamięci, malloc(3), implementuje jeden szczególny rodzaj alokacji. malloc() funkcja, która prawdopodobnie użyje wywołania systemowego sbrk().

Wywołanie systemowe sbrk(2)w jądrze przydziela dodatkowy kawałek miejsca w imieniu procesu. Funkcja biblioteki malloc() zarządza tą przestrzenią z poziomu użytkownika .