关于sbrk()和malloc()

Question

我已经仔细阅读了关于sbrk()的Linux手册：

sbrk()更改程序断点的位置，该位置定义了进程数据段的结尾（即，程序断点是未初始化数据段结束后的第一个位置）。

我知道用户空间内存的组织方式如下： 问题是： 当我调用sbrk(1)时，为什么它会说我正在增加堆的大小？正如手册所说，我正在改变“数据段和bss”的结束位置。因此，应该增加的是数据段和bss的大小，对吗？

- Euclid Ye

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提示：您的图表的哪一端对应着更高（数值更大）的地址，哪一端对应着较低的地址？栈是向哪个方向增长的？堆是向哪个方向增长的？ - Jeffrey Bosboom

实际上，你的观点过于简单化，没有真正展示出发生的情况。请看我的回答。 - Basile Starynkevitch

Answer 1

数据段和bss段是固定大小的。因此，分配给进程的空间不属于这些段的一部分，只是与它们相邻。这个空间称为堆空间，用于动态内存分配。

如果你想把它看作“扩展数据/bss段”，也可以。这不会对程序的行为、分配的空间或任何其他方面产生影响。

Mac OS X的手册页面指出，你不应该经常使用它们。

brk和sbrk函数是早期在虚拟内存管理出现之前遗留下来的历史珍品。brk()函数将进程数据段（未初始化数据）的断点或最低地址设置为addr（紧挨着bss的上方）。数据寻址被限制在addr和堆栈段的最低堆栈指针之间。brk通过页面大小片段分配内存；如果addr不能被系统页面大小整除，则增加到下一个页面边界。当前程序断点的值可通过sbrk(0)（也可参见end(3)）可靠地返回。getrlimit(2)系统调用可用于确定数据段的最大允许大小；无法将断点设置超过从调用getrlimit返回的rlim_max值，例如etext + rlp->rlim_max（有关etext的定义，请参见end(3)）。

尽管有查找指针，但我仍然无法找到end(3)的手册页面，这让我有点恼火。即使是这个（稍微有点陈旧的）sbrk()手册页面也没有它的链接。

- Jonathan Leffler

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那么，手册中给出的“程序中断是未初始化数据段结束后的第一个位置”相当令人困惑……因为未初始化数据段指的是bss的末尾，对吧？ - Euclid Ye

这是来自FreeBSD的一个：end(3)。 - fuz

Answer 2

注意，现在很少使用sbrk(2)。大多数malloc实现都使用mmap(2) -至少对于大内存分配- 来获取一个内存段（并使用munmap释放它）。很多时候，free只是将一个内存区域标记为可供未来的malloc重用（而不是释放任何内存给Linux内核）。 ^{（因此，现代Linux进程的堆由多个段组成，比您的图像更加复杂；而多线程进程每个线程有一个堆栈）} 使用 proc(5)，特别是 /proc/self/maps 和 /proc/$pid/maps，来了解一些 进程 的 虚拟地址空间。首先尝试理解 cat /proc/self/maps（显示该cat命令的地址空间）和 cat /proc/$$/maps（显示您的shell的地址空间）的输出。还可以尝试查看您的Web浏览器的maps伪文件（例如cat /proc/$(pidof firefox)/maps或cat /proc/$(pidof iceweasel)/maps等）; 我有超过一千行（因此有许多进程段）。

使用strace(1)可以了解给定命令或进程所执行的系统调用。

在Linux上，大多数（可能全部）C标准库实现都是自由软件，因此您可以研究它们的源代码。musl-libc的源代码非常易于阅读。

了解 ELF，ASLR，动态链接 & ld-linux(8)，以及高级Linux编程书籍，然后查看syscalls(2)。

- Basile Starynkevitch