为什么我的 sbrk 系统调用的实现不起作用？答案

【问题标题】：Why my implementation of sbrk system call does not work?为什么我的 sbrk 系统调用的实现不起作用？
【发布时间】：2015-05-03 17:19:46
【问题描述】：

我尝试编写一个非常简单的操作系统来更好地理解基本原理。我需要实现用户空间malloc。所以一开始我想在我的 linux 机器上实现和测试它。

一开始我通过以下方式实现了sbrk()函数

void* sbrk( int increment ) {
    return ( void* )syscall(__NR_brk, increment );
}

但是这段代码不起作用。相反，当我使用 os 提供的 sbrk 时，效果很好。

我尝试使用 sbrk() 的另一种实现

static void *sbrk(signed increment)  
{  
    size_t newbrk;  
    static size_t oldbrk = 0;  
    static size_t curbrk = 0;  

    if (oldbrk == 0)  
        curbrk = oldbrk = brk(0);  

    if (increment == 0)  
        return (void *) curbrk;  

    newbrk = curbrk + increment;  

    if (brk(newbrk) == curbrk)  
        return (void *) -1;  

    oldbrk = curbrk;  
    curbrk = newbrk;  

    return (void *) oldbrk;  
}

从此函数调用的sbrk

static Header *morecore(unsigned nu)  
{  
    char *cp;  
    Header *up;  

    if (nu < NALLOC)  
        nu = NALLOC;  

    cp = sbrk(nu * sizeof(Header));  
    if (cp == (char *) -1)  
        return NULL;  

    up = (Header *) cp;  
    up->s.size = nu;  // ***Segmentation fault
    free((void *)(up + 1));  

    return freep;  
}

此代码也不起作用，就行（***）我得到分段错误。哪里出了问题？

谢谢大家。我已经使用 sbrk 的新实现解决了我的问题。给定的代码工作正常。

void* __sbrk__(intptr_t increment)
 {
     void *new, *old = (void *)syscall(__NR_brk, 0);

     new = (void *)syscall(__NR_brk, ((uintptr_t)old) + increment);

     return (((uintptr_t)new) == (((uintptr_t)old) + increment)) ? old :
         (void *)-1;
 }

【问题讨论】：

有趣的问题，但您可能应该扩展“不起作用”。
我已经提到了问题的原因。请参见上文。
你为什么要“模拟”像sbrk 这样的系统调用？你应该编辑你的问题来激发它。
我尝试写一个非常简单的os来更好地理解基本原理。我需要实现用户空间malloc。所以一开始我想在我的 linux 机器上实现和测试它。
那么，你不需要定义sbrk（你可以使用系统提供的）。你需要在你的malloc 中使用mmap 并且你的内核应该有mmap 或者一些等效的方法来改变地址空间。你可以在 Qemu 下运行你的操作系统。顺便说一句，请编辑您的问题，不要只在 cmets 中给出重要的动机！

标签： linux malloc system-calls dynamic-memory-allocation sbrk

【解决方案1】：

第一个sbrk 应该有一个long increment。而你忘记处理错误（并设置errno）

第二个sbrk 函数不会改变address space（就像sbrk 一样）。您可以使用mmap 来更改它（但使用mmap 而不是sbrk 不会像sbrk 那样更新内核的数据段结束视图）。您可以使用cat /proc/1234/maps 查询pid 1234 的进程的地址空间）。甚至从您的程序中读取（例如使用fopen&fgets）/proc/self/maps。

顺便说一句，sbrk 已过时（大多数 malloc 实现使用mmap），并且根据定义，每个system call（列在syscalls(2) 中）都由内核执行（对于sbrk，kernel 维护“数据段”限制！）。所以你不能避免内核，我什至不明白你为什么要模拟任何系统调用。几乎按照定义，您不能模拟系统调用，因为它们是从用户应用程序与内核交互的唯一方式。从用户应用程序来看，每个系统调用都是一个原子基本操作（由单个 SYSENTER 机器指令完成，机器寄存器中有适当的内容）。

您可以使用strace(1) 来了解您正在运行的程序所做的实际系统调用。

顺便说一句，GNU libc 是free software。你可以查看它的源代码。 musl-libc 是一个更简单的libc，它的代码更具可读性。

最后用gcc -Wall -Wextra -g 编译并使用gdb 调试器（如果你愿意，你甚至可以查询寄存器）。也许阅读x86/64-ABI specification 和Linux Assembly HowTo。

【讨论】：