malloc/free 是 libc 提供的系统调用还是库例程？答案

【问题标题】：Is malloc/free a syscall or a library routine provided by libc?malloc/free 是 libc 提供的系统调用还是库例程？
【发布时间】：2012-01-17 10:35:26
【问题描述】：

如果 malloc/free 在 libc 中作为库例程实现，那么它是在 sbrk 系统调用或 mmap 系统调用之上实现的，还是其他什么？

一般来说，sys/syscall.h中声明的函数是否包含目标机器中的所有系统调用？

【问题讨论】：

如果你有 libc 的源代码...

标签： c linux system-calls libc

【解决方案1】：

很多时候，malloc 和 free 使用较低级别的虚拟内存分配服务并一次分配多个页面（甚至是兆字节），使用 system calls，例如 mmap 和 munmap（可能还有 @ 987654324@)。通常malloc 更喜欢在相关时重用以前 freed 内存空间。大多数malloc 实现对“大”和“小”分配等使用各种不同的策略......

注意virtual address space 可以被限制，例如与setrlimit(2)。在 Linux 上使用 pmap(1) 和 proc(5) 以了解有关某些进程的虚拟地址空间的更多信息（例如，/proc/self/maps 用于您自己的一个或 /proc/1234/maps - 也是 pmap 1234 命令 - 用于 pid 1234 的进程）。

您可以查看您的 GNU libc 源代码，查看其他 C 标准库的源代码（例如 musl-libc），阅读有关 malloc implementations 的信息，选择一些 other ones 或实现您自己的，或者使用strace进行实验发现。

阅读syscalls man page（即syscalls(2)）和文件<asm/unistd.h>以获取系统调用列表。

一个非常快的`malloc`

^{（我相信这可能是malloc的最快实现；但是它不是很有用；它符合标准，例如n1570或更好）}

我坚信 C 标准对 malloc 和 free 非常模糊。我很确定以下功能尊重标准的文字（但不是精神）：

 /* politically incorrect, but very probably standard conforming */
 void *malloc (size_t sz) { if (sz>0) errno = ENOMEM; return NULL; }
 void free(void*ptr) { }

当然，您会相应地编码calloc 和realloc。

^{（顺便说一句，每个使用 malloc 的代码都应该测试它的失败，但有些 - 不正确 - 不要；malloc 可以在失败时返回 NULL，人们应该针对这种情况进行测试）}

GNU libc 为您提供hooks 用于您自己的malloc 函数（您甚至可以通过它们透明地使用Boehm's Garbage Collector）。这些钩子可能会被弃用并且是非标准的。

如果使用 GNU libc，还请查看 mallinfo(3) 和 malloc_stat(3) 以及相关函数。

【讨论】：

实际上，malloc 和 free 可以更简单，例如 #define malloc(x) NULL 和 #define free(x) (void)1 :-) ISO 不需要设置 errno，这是 POSIX 的事情.您可能还想拦截calloc 和realloc。
@paxdiablo: 你确定malloc 可以只是一个宏吗？我认为它应该是一个函数（可分配给函数指针）
好点，我认为你是对的，我没有想到这一点。您仍然可以放弃 errno 设置。

【解决方案2】：

malloc 和 free 是标准 C 库函数，每个 C 实现都将实现它们。

C 标准只定义了这些函数的行为方式以及它们所期望的行为。它们将如何实现留给每个实现。

简而言之，它们是您使用的实现的实现细节。

（“实现”由编译器、链接器、运行时库以及可能的其他一些东西组成。）

【讨论】：

由平台的 c 库实现，而不是编译器。
@kaizer.se：编译器可以免费（嘿！）拥有自己的标准库（如果他们愿意），但通常没有多大意义。
@kaizer.se: 取决于，编译器可以使用平台提供的标准库实现，也可以提供自己的实现。选择哪个取决于编译器。即实现细节的含义
最常见的是，malloc 和 free 被实现为调用低级代码的库函数。如果操作系统碰巧提供的系统调用与 C 标准对 malloc 和 `free 所要求的行为完全匹配，那么它们可以作为系统调用来实现。但我不知道有任何操作系统可以做到这一点（甚至是 Unix，C 的诞生地）。

【解决方案3】：

如果您使用不同的内存分配器，您还可以为 malloc 和 free 使用替代实现。例如，hoard memory allocator 有时用于提高多线程应用程序的性能。

【讨论】：

一个非常快的malloc

一个非常快的`malloc`