在Assembly中动态分配内存？答案

【问题标题】：Dynamically allocate memory in Assembly?在Assembly中动态分配内存？
【发布时间】：2017-10-20 06:57:52
【问题描述】：

如果我想分配未知大小的动态内存部分，或者更确切地说是在运行时已知的大小，在用户输入他想要分配的兆字节数之后，例如，最好的方法是什么？去做？是否从 C 中调用“malloc”，要求操作系统为我这样做？或者，还有更好的方法？ 通常是怎么做的？

注意我不想预订

【问题讨论】：

调用 malloc 或 mmap，就像你从 C 中一样，或者像 C 编译器在它从你的 C 生成的 asm 中所做的那样。（或 realloc / calloc / aligned_alloc /随便。）最好的方法取决于你在做什么。
malloc 是 C 库中的一个函数。如果您不想将其链接到您的程序，您可以使用通常为sbrk 或mmap 的底层系统调用。但是您的问题缺乏上下文，无法在本网站上被接受。
相关非 Linux 示例：avr-libc（用于在 8 位 RISC AVR 架构上运行的裸机程序）实现 malloc this way。有关分配器如何工作和管理其空闲列表的信息，请参阅最后的“实现细节”部分。您当然可以在 Linux（在任何架构上）的用户空间中执行类似的操作如果您想实现自己的分配器。但通常没有理由这样做，只需致电aligned_alloc。尽管通常任何值得在 asm 中编写以实现高性能的循环都避免了动态分配。
即“通常如何完成”的答案：根本不是来自asm。仅在 asm 中编写代码中真正对性能至关重要的部分。例如，请参阅 x264 或 ffmpeg，其中大部分代码是用 C 语言编写的，只有少数 SIMD 或其他函数是用 asm 手写的。
在我们用汇编语言编写应用程序的时候，PC-DOS 是一个单用户系统，默认情况下你会获得所有内存。所以这不是问题。现在我会用 C 或其他语言编写主程序，设置环境，然后可能调用一些程序集来完成非常专门的任务。从汇编调用malloc 并不比从C 调用它快，只是更难。

标签： linux assembly memory-management

【解决方案1】：

另一种方法是定义尽可能大的静态数组并编写自己的malloc/free 子程序。这很简单，特别是如果分配的块没有多线程或其他类型的共享使用。您保留第一个空块的地址，并在每个块的开头存储块的大小和下一个空闲块的地址。

PS：分配（保留）块也包含块大小作为前缀。此处不使用下一个块的地址，可以为 0 作为“保留”内存的标志。更简单的解决方案是只有块大小和标志 free/used_block 但这样你必须扫描多个保留块直到到达比只有空闲块链慢的空闲块。

【讨论】：

如果您要实现自己的 malloc/free，您通常会在 sbrk 和/或 mmap 系统调用之上执行此操作，以便在您的系统调用时从操作系统获取更多内存空闲列表为空。使用巨大的静态数组，一旦内存被触摸，您就永远无法将内存返回给操作系统。（除了阵列页面上的munmap / mmap。）
老实说，这对于“玩具”程序来说并不是一个糟糕的答案。这不是一个好的设计，但它非常简单，并且对于初学者来说可能很容易在 asm 中实现。（这不是我的反对票）。顺便说一句，您描述的细节似乎需要释放函数提供块的大小，因此它与 malloc/free API 不同。
这是替代方式，取决于 OP 的需求。但是如果有人不喜欢它并且认为它不严重，让他（或她）认为OP为什么要在汇编中为Linux编写程序......mmap 在上面的cmets中已经提到过，我不得不说其他的东西不要重复。关于初始 mmap / munmap 数组分配 - 当然可以，但如果 RAM 需求较低（例如总共 10-20MB），也可以静态保留。
如果您要发布答案，您可以重复（并扩展）来自 cmets 的任何/所有好的建议。实际上鼓励将 answer-cmets 变成正确的答案。我只是评论，因为问题太模糊，不知道什么样的答案是合适的，但如果你要发布一个，你一定要提到mmap和sbrk。
@PeterCordes 我开始写评论，然后决定将其发布为答案，因为：1）它是可能的解决方案之一，不是最好的或推荐的，但也不建议在汇编中写下Linux; 2）因为评论太长了。您对mmap 的看法是对的，但将其告诉有问题的 cmets - 为什么它们不是答案？无论如何，如果 OP 想学习汇编而不是开发“严肃”软件，他可能会选择我的解决方案而不是 mmap。

【解决方案2】：

mmap2 和 brk 系统调用是在汇编中执行此操作的最简单方法。 mmap2 系统调用在汇编中更难使用，但如果您需要大量动态分配的内存，这是要走的路。 brk 易于使用，它通过移动“程序中断”（程序内存空间的边界）有效地为您的程序分配更多内存来工作。如果您需要少量动态内存（例如，少于一整页），这是一种可行的方法。

【讨论】：

malloc 是一个 c 库函数，而不是系统调用。 Malloc 基本上包装了 brk 和 mmap2 系统调用，但它也保留了有关已分配内存的内部信息，以供以后的 malloc 调用或 free 调用使用。如果你喜欢 c 库，你只能使用 malloc。
但它更简单，而且从 assemlby 使用它的开销也不大，不是吗？
malloc 是最简单的。使用 it 汇编与 C 相比没有性能开销——它们都是直接的函数调用。相对于其他一些定制的分配策略，当然可能会有开销。如果您出于某种原因在汇编中编写了很多代码，那么链接并使用 C 库将非常有用，以避免在您需要随机实用程序函数时重新发明轮子。
有人可能会争辩说，mmap 与 malloc 一样简单——但您必须以 4K 的页面大小为单位请求内存。
我认为您可以就性能提出合理的论据！例如，您说调用通用malloc 可能比非常简单的分配器要慢 - 如果您的用例适合简单的话。不过，您仍然需要构建一个分配器：调用brk()（我认为您更可能实际使用sbrk()）或mmap 通常会比malloc慢，因为每次都是系统调用。因此，为了提高性能，您必须在其之上实现某种分配器。