sbrk brk sys_brk 函数区分

1. brk:是系统调用接口：

内核的syscall_table.s 中定义：
ENTRY_SAME(brk)

例如：

在malloc函数实现中有调用brk

malloc 函数调用链中：

malloc-->expand_heap-->__expand_heap

即在__expand_heap调用系统brk函数：

__syscall(SYS_brk, 0);

注意：malloc中，当if (n > MMAP_THRESHOLD) 一般是128K，使用mmap分配内存了，否则使用brk分配内存。

C语言的标准库里，分配内存使用的函数是malloc，calloc，realloc,它们并不是Linux系统分配内存的API。
Linux系统分配用户内存的API是brk()。它的作用就是改变数据段的末尾位置，也就是改变进程的brk的位置。

进程的brk之前的内存，就是可以使用的堆内存。移动brk的位置，就可以分配内存。
brk()函数，是Linux的一个系统调用。它的调用号是45。 <4.4.4内核版本>

sbrk()函数，是C库在brk()基础上实现的一个库函数。

2. sbrk:是glibc封装的一个应用函数，sbrk其实是调用系统接口brk：

glibc的sbrk.c文件中：

void *sbrk(intptr_t inc)

{

if (inc) return (void *)__syscall_ret(-ENOMEM);

return (void *)__syscall(SYS_brk, 0);

}

3. sys_brk

Linux内核的brk()系统调用，原型是这样的：
void* sys_brk(void* addr);

把当前进程的数据段末尾brk设置成地址addr。
如果设置成功了，就会返回与addr一样的brk值。
如果设置失败了，就返回进程当前的brk值。
所以在C库里要记录上一次的brk值，来判断是否设置成功，以给用户返回0或者-1。

注：

C库中又把brk()系统调用包装了一下，包装成c库的sbrk()和brk()函数：

其中sbrk()用于分配内存，brk()用于释放内存。
实际上Linux只有一个brk()系统调用，sbrk()并不是系统调用，而是基于brk系统调用的扩展实现。

4. 附上__expand_heap和__simple_malloc简短代码实现：

/* Expand the heap in-place if brk can be used, or otherwise via mmap,

* using an exponential lower bound on growth by mmap to make

* fragmentation asymptotically irrelevant. The size argument is both

* an input and an output, since the caller needs to know the size

* allocated, which will be larger than requested due to page alignment

* and mmap minimum size rules. The caller is responsible for locking

* to prevent concurrent calls. */

static void *__expand_heap(size_t *pn)

{

static uintptr_t brk;

static unsigned mmap_step;

size_t n = *pn;

if (n > SIZE_MAX/2 - PAGE_SIZE) {

errno = ENOMEM;

return 0;

}

n += -n & PAGE_SIZE-1;

if (!brk) {

brk = __syscall(SYS_brk, 0);

brk += -brk & PAGE_SIZE-1;

}

if (n < SIZE_MAX-brk && !traverses_stack_p(brk, brk+n)

&& __syscall(SYS_brk, brk+n)==brk+n) {

*pn = n;

brk += n;

return (void *)(brk-n);

}

size_t min = (size_t)PAGE_SIZE << mmap_step/2;

if (n < min) n = min;

void *area = __mmap(0, n, PROT_READ|PROT_WRITE,

MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

if (area == MAP_FAILED) return 0;

*pn = n;

mmap_step++;

return area;

}

-----------------------------------------------------------------------------

static void *__simple_malloc(size_t n)

{

static uintptr_t brk, cur, end;

static unsigned mmap_step;

size_t align=1;

void *p;

if (n > SIZE_MAX/2) {

errno = ENOMEM;

return 0;

}

if (!n) n++;

while (align<n && align<ALIGN)

align += align;

LOCK(lock);

cur += -cur & align-1;

if (n > end-cur) {

size_t req = n - (end-cur) + PAGE_SIZE-1 & -PAGE_SIZE;

if (!cur) {

brk = __syscall(SYS_brk, 0);

brk += -brk & PAGE_SIZE-1;

cur = end = brk;

}

if (brk == end && req < SIZE_MAX-brk

&& !traverses_stack_p(brk, brk+req)

&& __syscall(SYS_brk, brk+req)==brk+req) {

brk = end += req;

} else {

int new_area = 0;

req = n + PAGE_SIZE-1 & -PAGE_SIZE;

/* Only make a new area rather than individual mmap

* if wasted space would be over 1/8 of the map. */

if (req-n > req/8) {

/* Geometric area size growth up to 64 pages,

* bounding waste by 1/8 of the area. */

size_t min = PAGE_SIZE<<(mmap_step/2);

if (min-n > end-cur) {

if (req < min) {

req = min;

if (mmap_step < 12)

mmap_step++;

}

new_area = 1;

}

void *mem = __mmap(0, req, PROT_READ|PROT_WRITE,

MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

if (mem == MAP_FAILED || !new_area) {

UNLOCK(lock);

return mem==MAP_FAILED ? 0 : mem;

}

cur = (uintptr_t)mem;

end = cur + req;

}

p = (void *)cur;

cur += n;

UNLOCK(lock);

return p;

}

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