ptmalloc源码分析 - malloc/free函数的实战篇（12）

目录

一、chunk的大小实验

二、获取使用中的chunk信息的实验

三、小内存块尝试获取fd信息的实验

四、常用malloc/free函数使用注意事项

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看了前面11章节的内容，我们也基本了解了ptmalloc的内存管理逻辑。此处也可以通过一些手段，获取到chunk的信息，可以来实战实验一把。

一、chunk的大小实验

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在《ptmalloc源码分析 - 内存组织单元malloc_chunk（03）》章里面我们讲解了chunk的数据结构和大小：

1. chunk在使用中的时候，只使用mchunk_prev_size和mchunk_size两个字段
2. chunk在空闲的时候，会复用用户空间，存储fd/bk/fd_nextsize/bk_nextsize，用户空间最小是16字节
3. chunk主要存储mchunk_prev_size和mchunk_size两个字段，所以chunk的结构体8个字段就能满足
4. 每次分配的大小：（16字节 + 分配的内存) & 进行2*SIZE_SZ对齐（64位系统是16字节/32位系统8字节）

#include 
#include 
#include 
#include 
 
int main() {
 
    char *s = NULL;
    s = (char *) malloc (23 * sizeof(char));
 
    char *p = NULL;
    p = (char *) malloc (25 * sizeof(char));
 
    char *p1 = NULL;
    p1 = (char *) malloc (110 * sizeof(char));
 
    printf("s : %d\r\n", s);
    printf("p : %d\r\n", p);
    printf("p1 : %d\r\n", p1);
}

结果：

$./main
s : 6299664
p : 6299696
p1 : 6299744
 
 
/****************/
s的值：23 + 8 = 31 & 16 = 32
p的值：25 + 8 = 33 & 16 = 48

二、获取使用中的chunk信息的实验

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我们将malloc_chunk的结构拷贝过来，以及mem2chunk/chunk2men/chunksize等几个宏定义也拷贝过来。

这样，我们可以通过mem2chunk的方式，获取得到chunk的对象指针地址。因为当前chunk在使用中，所以可以获取得到mchunk_size的值了。

由于mchunk_size字段的最后三个bit位，复用用作了（AMP）的标记位置。后三位bit位的复用，不会影响size的数据大小。所以直接取mchunk_size的时候是带上了AMP的标记数据。通过chunksize的方式，可以获得真正的chunk size数据。

#include 
#include 
#include 
#include 
 
struct malloc_chunk {
 
 
  size_t      mchunk_prev_size;  /*  Size of previous chunk (if free).  */
 
  size_t      mchunk_size;       /* 当前chunk的大小 Size in bytes, including overhead. */
 
 
  struct malloc_chunk* fd;         /* double links -- used only if free. */
  struct malloc_chunk* bk;
 
 
  struct malloc_chunk* fd_nextsize; /* double links -- used only if free. */
  struct malloc_chunk* bk_nextsize;
};
typedef struct malloc_chunk* mchunkptr;
#define mem2chunk(mem) ((mchunkptr)((char*)(mem) - 2*sizeof(size_t)));
#define chunk2mem(p)   ((void*)((char*)(p) + 2*sizeof(size_t)));
#define chunksize_nomask(p)         ((p)->mchunk_size)
#define chunksize(p) (chunksize_nomask (p) & ~(0x1|0x2|0x4))
 
int main() {
 
  	char *s = NULL;
    s = (char *) malloc (23 * sizeof(char));
 
    char *p = NULL;
    p = (char *) malloc (25 * sizeof(char));
 
    char *p1 = NULL;
    p1 = (char *) malloc (110 * sizeof(char));
 
    printf("s : %d\r\n", s);
    printf("p : %d\r\n", p);
    printf("p1 : %d\r\n", p1);
 
    printf("size:%d\r\n", sizeof(mchunkptr));
 
    mchunkptr pr = mem2chunk(p);
  	printf("p chunk_size value:%d\r\n", pr->mchunk_size);
  	printf("p chunk size:%d\r\n", chunksize(pr));
 
}

结果：

$./main
s : 6299664
p : 6299696
p1 : 6299744
size:8
p chunk_size value:49
p chunk size:48

三、小内存块尝试获取fd信息的实验

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我们分配一组小内存块，可以尝试将部分内存直接free。小内存块分配是是落在fastbin上的，这些内存块没有经过合并整理的操作，所以我们可以尝试从已经被free的chunk中获取得到一些信息，例如chunk->fd指针信息等。

 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
struct malloc_chunk {
 
 
  size_t      mchunk_prev_size;  /*  Size of previous chunk (if free).  */
 
  size_t      mchunk_size;       /* 当前chunk的大小 Size in bytes, including overhead. */
 
 
  struct malloc_chunk* fd;         /* double links -- used only if free. */
  struct malloc_chunk* bk;
 
 
  struct malloc_chunk* fd_nextsize; /* double links -- used only if free. */
  struct malloc_chunk* bk_nextsize;
};
typedef struct malloc_chunk* mchunkptr;
#define mem2chunk(mem) ((mchunkptr)((char*)(mem) - 2*sizeof(size_t)));
#define chunk2mem(p)   ((void*)((char*)(p) + 2*sizeof(size_t)));
#define chunksize_nomask(p)         ((p)->mchunk_size)
#define chunksize(p) (chunksize_nomask (p) & ~(0x1|0x2|0x4))
#define MALLOC_ALIGN_MASK      (MALLOC_ALIGNMENT - 1)
#define request2size(req)   (((req) + 8 + 15 < 32)  ?  32 : ((req) + 8 + 15) & ~15)
 
int main() {
 
    malloc(20*sizeof(char));
    char *a1 =(char *) malloc(26*sizeof(char));
    char *a2 =(char *) malloc(27*sizeof(char));
    char *a3 =(char *) malloc (26 * sizeof(char));
    malloc(20*sizeof(char));
 
    /* 获取内存分配地址 */
    printf("a1 : %d\r\n", a1);
    printf("a2 : %d\r\n", a2);
    printf("a3 : %d\r\n", a3);
    /* 获取chunk 指针 */
    mchunkptr a1pr = mem2chunk(a1);
    mchunkptr a2pr = mem2chunk(a2);
    mchunkptr a3pr = mem2chunk(a3);
    printf("a1 chunk:%d\r\n", a1pr);
    printf("a2 chunk:%d\r\n", a2pr);
    printf("a3 chunk:%d\r\n", a3pr);
 
    /* 获取a2的chunk数据 */
    
    printf("p chunk_size value:%d\r\n", a2pr->mchunk_size);
    printf("p chunk size:%d\r\n", chunksize(a2pr));
 
    /* 执行free操作 */
    free(a1);
    free(a2);
    free(a3);
    printf("free a1 mchunk_size value:%d\r\n", a1pr->mchunk_size); //获取free掉的chunk的size，在fastbin上
    printf("free a2 fd value:%d\r\n", a2pr->fd);
    printf("free a3 fd value:%d\r\n", a3pr->fd);
 
}

$./main
a1 : 6299696
a2 : 6299744
a3 : 6299792
a1 chunk:6299680
a2 chunk:6299728
a3 chunk:6299776
p chunk_size value:49
p chunk size:48
free a1 mchunk_size value:49
free a2 fd value:6299680  //指向A1
free a3 fd value:6299728  //指向A2

四、常用malloc/free函数使用注意事项

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1. 后分配的内存先释放，因为ptmalloc收缩内存是从top chunk开始，如果与top chunk相邻的chunk不能释放，top chunk以下的chunk都无法释放。
2. Ptmalloc不适合用于管理长生命周期的内存，特别是持续不定期分配和释放长生命周期的内存，这将导致ptmalloc内存暴增。
3. 多线程分阶段执行的程序不适合用ptmalloc，这种程序的内存更适合用内存池管理
4. 尽量减少程序的线程数量和避免频繁分配/释放内存。频繁分配，会导致锁的竞争，最终导致非主分配区增加，内存碎片增高，并且性能降低。
5. 防止内存泄露，ptmalloc对内存泄露是相当敏感的，根据它的内存收缩机制，如果与top chunk相邻的那个chunk没有回收，将导致top chunk一下很多的空闲内存都无法返回给操作系统。
6. 防止程序分配过多内存，或是由于Glibc内存暴增，导致系统内存耗尽，程序因OOM被系统杀掉。预估程序可以使用的最大物理内存大小，配置系统的/proc/sys/vm/overcommit_memory，/proc/sys/vm/overcommit_ratio，以及使用ulimt –v限制程序能使用虚拟内存空间大小，防止程序因OOM被杀掉。