brk

まず brk システムコールを試す。brk は program break の意味らしい。program break とはプログラムの data セクションの最後のことで、brk システムコールはこの data セクションの最後の位置を変更するというシステムコールになっている。これにより、プロセスにメモリを割りあてたり、OS に返したりできる。いわゆるヒープ領域というやつ。

brk: .word _end

.macro sys_brk
    mov r7, $0x2d
    svc $0x00     /* supervisor call  */
.endm

sbrk: /* uint size -> void* */
        push {lr}
        ldr r3, =brk /* r3 = prev_brk */
        ldr r1, [r3]

        cmp r1, $0x00 /* if prev_brk == 0 */
        bleq sbrk_init

        add r0, r0, r1
        sys_brk
        cmp r0, r1
        blt sbrk_nomem /* curr_brk == prev_brk */
        str r0, [r3] /* update heap_start */
        mov r0, r1
        pop {pc}
sbrk_init:
        push {r0}
        mov r0, $0x00
        sys_brk
        mov r1, r0
        pop {r0}
        mov pc, lr
sbrk_nomem:
        mov r0, $0x00
        pop {pc}

.section .data
brk: .word 0

mmap システムコール

プロセスに動的にメモリを割り当てる方法としては mmap を使う方法もある。mmap の匿名マッピングは単に指定したサイズの連続した領域を確保する。ある程度大きいメモリを確保する場合はこちらのほうが管理が楽みたい。glibc の malloc は 128KB 以上一気に確保しようとすると mmap を使うらしい。

mmap のデメリットはページサイズ単位でしか割当られないことで、1KB だけ欲しい場合でも4KB 程度は割当される。以下の例では 8byte だけリクエストしているが 4096バイトまでは書きこめ、4097バイト目に書こうとすると Segmentation fault になる。

mmap の返り値もエラーの場合は負の数が返るのだけれど、最上位ビットが立っていても有効なメモリアドレスという場合もあるので、単に負かどうかでは判定できない。なんかよくわからないけど、-4096よりも大きい場合だけエラーとして扱いのがセオリーっぽい？

PROT_NONE = 0x00
PROT_READ = 0x01
PROT_WRITE = 0x02
PROT_EXEC = 0x04
MAP_ANONYMOUS = 0x20
MAP_PRIVATE = 0x02
.macro sys_mmap
    mov r7, $0xc0 /* sys_mmap_pgoff */
    svc $0x00     /* supervisor call  */
.endm

.macro sys_munmap
    mov r7, $0x5b
    svc $0x00     /* supervisor call  */
.endm

main:
        /* mmap */
        mov r0, #0 /* start */
        mov r1, #8 /* length */
        mov r2, #PROT_READ /* prot */
        orr r2, r2, #PROT_WRITE
        mov r3, #MAP_ANONYMOUS
        orr r3, r3, #MAP_PRIVATE /* flags */
        mov r4, #-1 /* fd */
        mov r5, #0 /* page offset */
        sys_mmap
        cmn r0, #4096 /* if (r0 > -4096) */
        rsbhs r0, r0, #0
        blhs error
        mov v1, r0

        /* write 4096 bytes (SEGV on 4097) */
        mov r2, r0                  
        ldr r3, =4096

1:
        mov r0, $0x2e
        strb r0, [r2], $0x01

        sub r3, r3, #1
        cmp r3, #0
        bne 1b

        mov r0, $0x01
        mov r1, v1
        mov r2, #4096
        sys_write

        mov r0, v1 /* start */
        mov r1, #8 /* length */
        sys_munmap

        mov r0, $0x00 /* set exit status to 0 */
        sys_exit

error:
        cmp r0, $0x00
        moveq r0, $0x01
        sys_exit

brk か mmap か

malloc はどっちも使っているようだけど、いまいち brk を使うメリットがわからない。

• 小さいデータの場合 brk で段階的に伸ばしてシステムコール呼ぶ回数を減らすほうがよい?
  • mmap である程度メモリ確保しちゃえばいいんじゃ
• メモリ再割当のコストが減らせる?
  • 足りなくなったら mremap したらだめ? mremap は Linux 限定
• mmap が返すアドレスは毎回適当なので、管理コストが増える?
  • brk なら全部必ず連続するのが便利?

よくわからなかった。

glibc 以外の malloc 実装を軽く調べた感じだと、OpenBSD は mmap しか使わず、jemalloc もオプションで指定しない限り mmap だけを使うようだった。