在Unix中，malloc()和sbrk()如何工作？

Question

我是UNIX的新手，正在学习一些UNIX系统调用，例如brk()、sbrk()等...

昨天我读到了malloc()函数，并且有点困惑！有人能告诉我为什么malloc()会减少程序必须执行的sbrk()系统调用次数吗？

还有一个问题，brk(0)、sbrk(0)和malloc(0)返回相同的值吗？

- arze ramade

---

由于brk返回一个int值，而sbrk返回一个void指针，所以我认为不行。 - Mithrandir

Answer 1

系统调用的处理开销很高，因为系统调用会带来额外的开销：需要切换到内核模式。通过发出“陷阱”或中断，系统调用进入内核。它是向内核请求服务的调用，因为它在内核地址空间中执行，所以它需要高开销的切换到内核（然后再切回用户态）。

这就是为什么malloc减少了对sbrk()和brk()的调用次数。它通过请求比您请求的内存更多的内存来实现，这样每次需要更多内存时就不必发出系统调用了。 brk()和sbrk()是不同的。 brk用于将数据段的结尾设置为指定值。它表示“将我的数据段的结尾设置为此地址”。当然，您指定的地址必须是合理的，操作系统必须有足够的内存，而且您不能使其指向会超过进程最大数据大小的地方。因此，brk(0)无效，因为您将尝试将数据段的结尾设置为地址0，这是不合理的。

另一方面，sbrk按您指定的数量递增数据段的大小，并返回先前的断点值的指针。使用0调用sbrk是有效的；这是获得当前数据段断点地址的一种方式。 malloc不是系统调用，它是一个使用sbrk管理内存的C库函数。根据手册，malloc(0)是有效的，但没有太多用途：

如果size为0，则malloc()返回NULL，或者可以稍后成功传递给free()的唯一指针值。

因此，brk(0)、sbrk(0)和malloc(0)并不相等：第一个是无效的，第二个用于获取程序断点的地址，而最后一个则没有用处。

请记住，在整个程序中不应该同时使用malloc和brk或sbrk。如果你交替调用malloc和brk，非常奇怪的事情可能会发生，因为malloc假定它完全控制了brk和sbrk。

- Filipe Gonçalves

Answer 2

为什么使用malloc()可以减少程序必须执行的sbrk()系统调用次数？

例如，如果您调用malloc()请求10字节内存，则实现可能使用sbrk（或其他系统调用，如mmap）从操作系统请求4K字节。然后，当您下次调用malloc()请求另外10字节时，它不必发出系统调用；它可能只需返回上次4K系统调用分配的一些内存即可。

- tristan

Answer 3

sbrk() 函数通过指定的字节数增加程序数据段分配。

malloc(4096); // sbrk += 4096 Bytes
free();       // freeing memory will not bring down the sbrk by 4096 Bytes  
malloc(4096); // malloc'ing again will not increase the sbrk and it will use 
                 the existing space which not result in sbrk() call.  

- Sunil Bojanapally

Answer 4

malloc()函数用于调用sbrk系统调用，以在进程期间动态创建内存。

malloc()函数已经分配在stdlib.h头文件中，因此根据所需的函数，使用库函数递归地调用malloc函数。

借助sbrk，我们需要显式声明一些内容来调用系统调用。

根据函数或系统调用中给定的大小，它将返回变量并存储。

- Chandru