關於malloc原始碼中的bin_at巨集定義的個人見解

tolele發表於2022-03-16
原始碼

0x01：簡介

      在堆中的記憶體申請和釋放中，為了減少使用系統呼叫函式對記憶體操作，malloc_state（分配區）結構中使用了fastbinsY陣列和bins陣列。當chunk被free後，bins鏈會將這些free chunk組織起來。當下次malloc時，會先對bins鏈中的free chunk進行遍歷，有適合的則使用，無合適的再進行下一步操作。

     在申請和釋放操作時，一般是有一個arena（分配區，其為malloc_state結構型別）。通過巨集定義bin_at(m,i)即可獲得對相應bins鏈進行操作，m為分配區，i為索引，當i=1是為unsorted bin，i=2~63是small bin，i=64~126為large bin。

bin_at可以這樣使用：
p = bin_at(m,1)  //unsorted bin
FD = p -> fd     //FD指向該鏈的第一個free chunk
BK = p -> bk     //BK指向該鏈的最後一個free chunk

 

 

 0x02：個人理解

該巨集定義為這樣子，主要是為了操作方便（可直接fd、bk指向）和在節省空間之間取平衡。既操作方便又不浪費空間。

bin_at(m,i)巨集定義原型：

#define bin_at(m, i) \
  (mbinptr) (((char *) &((m)->bins[((i) - 1) * 2]))                              \
             - offsetof (struct malloc_chunk, fd))
解釋：
1、&((m)->bins[((i)-1)*2]),該式子根據bin的索引i，i為1時，即最開始的bin（unsorted bin）。
   獲得bins[0]的地址，乘於2主要是因為fd和bk是一對儲存的。

2、offsetof(struct malloc_chunk,fd):得到fd成員在malloc_chunk結構中的偏移量。在64位系統系統下為16。
   把第一步得到地址（令其為pt）轉化為char*型，這樣子減偏移值: pt - offsetof = pt - offsetof*(sizeof(char))。

3、重點：
   在第二步下，第一步得到的地址指向往後推移了兩個單元，比如圖中的bin_at(m,1)得到的是bins[0]前兩個單元所在的地址。
   然後經過最後的（mbinptr）轉化為malloc_chunk*型別，這樣就可以有->fd、->bk操作。
   相當於是糊弄了作業系統，讓作業系統誤以為是個chunk結構。

 

 

 語言表達不夠，畫圖來湊~~

0x03：測試

 1 測試程式碼：
 2 #include<stdio.h>
 3 #include<malloc.h>
 4 
 5 int main()
 6 {
 7     void* p1 = malloc(0x100);
 8     void* f1 = malloc(0x10);   //防止合併
 9     void* p2 = malloc(0x100);
10     void* f2 = malloc(0x10);
11     void* p3 = malloc(0x100);
12     void* f3 = malloc(0x10);
13 
14     sleep(0);  //方便下斷點
15 
16     free(p1);
17     free(p2);
18     free(p3);
19 
20     sleep(0);  //下圖斷在了這裡
21     return 0;
22 }

 

 

 

 可以看出unsorted bin的第一個單元是指向bin鏈的第一個free chunk，另外一個單元指向bin鏈的最後一個free chunk。圖中我已經標出了指向top chunk的那個單元，也有：bin_at(m,1)指向該單元 ，或者更本質一點：bin_at(m,1) = 0x7ffffdd1b78。

 0x04：思考

        在剛開始看這個巨集定義時，一臉懵逼，覺得這個巨集定義是有問題吧，減去16不是超出了範圍了麼？後來繼續分析原始碼時發現了->fd和->bk的操作，陷入了沉思。巧的是，群裡有師傅剛好提到這個問題，所以和該師傅交流了一下，最後得到了一個比較合理的解釋。

       但是令我疑惑的是，為什麼在後面會留兩個空白單元嘞？留在前面不是更恰當麼？bin_at(m,1)指向了bins陣列外面的單元（存top chunk地址的單元），這樣會不會存有遺患呢？有想法的歡迎與我交流^_^，QQ:1623093551。

 

tolele 2022-03-16

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