如何实现calloc

Question

我正在尝试重写 malloc 和 calloc，我的问题是关于 calloc 的实现，而不是如何使用它。

应该始终使用calloc() 而不是malloc()+memset()，因为它可以利用copy-on-write (COW)。

一些calloc 是这样实现的：

void * calloc(size_t nelem, size_t elsize)
{
    void *p;

    p = malloc (nelem * elsize);
    if (p == 0)
        return (p);

    bzero (p, nelem * elsize);
    return (p);
}

但他们根本不使用 COW（而且他们不检查溢出）。

如果这些实现不调用bzero()，他们必须假定他们收到的mmap'ed 页面是零填充的。他们可能是出于安全原因，我们不希望其他进程的数据泄漏，但我找不到任何关于此的标准参考。

我们可以从/dev/zero 中使用mmap，而不是使用MAP_ANON：

fd = open("/dev/zero", O_RDWR); 
a = mmap (0, 4096e4, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_FILE, fd, 0);

但是/dev/zero 不是 POSIX 强制要求的，人们可以很容易地做到 sudo mv /dev/zero /dev/foo，这会破坏我的实现。

尊重写时复制的有效重写calloc()的正确方法是什么？

Answer 1

Pure POSIX 不支持匿名内存映射，并且没有比calloc 更低级别的接口来分配零内存。

现有的 POSIX 实现支持匿名私有内存映射作为扩展，通过 MAP_ANON 或 MAP_ANONYMOUS 标志（或过去，通过从 /dev/zero 映射）。内核确保应用程序只看到归零的内存。 （也有一些较旧的接口，例如brk 和sbrk，但它们很难使用且不是线程安全的。）

malloc 系列函数的实现通常使用mmap 分配更大的块，并为每个块保留一个水印指针，指示哪个部分已至少分配给应用程序一次（通过malloc/@ 987654330@/calloc，没关系）。 calloc 在返回分配之前检查水印指针，如果内存之前被应用程序使用过，它将清除它。否则直接返回，因为知道它是新鲜的，因此被内核清除了。

也可以使用mmap 直接分配大块。但是内核最终也必须清除内存（在使用它来返回触发写时复制错误的映射之前），所以如果分配比实际需要的大得多，这只是一个明显的胜利，而且大多数部分都是从未写过。