了解 glibc malloc 修整

Question

我目前正在处理的某些程序消耗的内存比我认为的要多得多。所以我试图了解 glibc malloc 修剪的工作原理。我写了以下测试：

#include <malloc.h>
#include <unistd.h>

#define NUM_CHUNKS 1000000
#define CHUNCK_SIZE 100

int main()
{
    // disable fast bins
    mallopt(M_MXFAST, 0);

    void** array  = (void**)malloc(sizeof(void*) * NUM_CHUNKS);

    // allocating memory
    for(unsigned int i = 0; i < NUM_CHUNKS; i++)
    {
        array[i] = malloc(CHUNCK_SIZE);
    }

    // releasing memory ALMOST all memory
    for(unsigned int i = 0; i < NUM_CHUNKS - 1 ; i++)
    {
        free(array[i]);
    }

    // when enabled memory consumption reduces
    //int ret = malloc_trim(0);
    //printf("ret=%d\n", ret);

    malloc_stats();

    sleep(100000);
}

测试输出（不调用 malloc_trim）：

Arena 0:
system bytes     =  112054272
in use bytes     =        112
Total (incl. mmap):
system bytes     =  120057856
in use bytes     =    8003696
max mmap regions =          1
max mmap bytes   =    8003584

尽管几乎所有内存都被释放，但此测试代码消耗的常驻内存比预期的要多：

[root@node0-b3]# ps aux | grep test
root     14662  1.8  0.4 129736 **118024** pts/10  S    20:19   0:00 ./test

过程图：

0245e000-08f3b000 rw-p 00000000 00:00 0                                  [heap]
Size:             109428 kB
Rss:              109376 kB
Pss:              109376 kB
Shared_Clean:          0 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:         0 kB
Private_Dirty:    109376 kB
Referenced:       109376 kB
Anonymous:        109376 kB
AnonHugePages:         0 kB
Swap:                  0 kB
KernelPageSize:        4 kB
MMUPageSize:           4 kB
Locked:                0 kB
VmFlags: rd wr mr mw me ac 
7f1c60720000-7f1c60ec2000 rw-p 00000000 00:00 0 
Size:               7816 kB
Rss:                7816 kB
Pss:                7816 kB
Shared_Clean:          0 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:         0 kB
Private_Dirty:      7816 kB
Referenced:         7816 kB
Anonymous:          7816 kB
AnonHugePages:         0 kB
Swap:                  0 kB
KernelPageSize:        4 kB
MMUPageSize:           4 kB
Locked:                0 kB

当我启用对 malloc_trim 的调用时，测试的输出几乎保持不变：

ret=1
Arena 0:
system bytes     =  112001024
in use bytes     =        112
Total (incl. mmap):
system bytes     =  120004608
in use bytes     =    8003696
max mmap regions =          1
max mmap bytes   =    8003584

但是，RSS 显着下降：

[root@node0-b3]# ps aux | grep test
root     15733  0.6  0.0 129688  **8804** pts/10   S    20:20   0:00 ./test

进程映射（在 malloc_trim 之后）：

01698000-08168000 rw-p 00000000 00:00 0                                  [heap]
Size:             109376 kB
Rss:                   8 kB
Pss:                   8 kB
Shared_Clean:          0 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:         0 kB
Private_Dirty:         8 kB
Referenced:            8 kB
Anonymous:             8 kB
AnonHugePages:         0 kB
Swap:                  0 kB
KernelPageSize:        4 kB
MMUPageSize:           4 kB
Locked:                0 kB
VmFlags: rd wr mr mw me ac 
7f508122a000-7f50819cc000 rw-p 00000000 00:00 0 
Size:               7816 kB
Rss:                7816 kB
Pss:                7816 kB
Shared_Clean:          0 kB
Shared_Dirty:          0 kB
Private_Clean:         0 kB
Private_Dirty:      7816 kB
Referenced:         7816 kB
Anonymous:          7816 kB
AnonHugePages:         0 kB
Swap:                  0 kB
KernelPageSize:        4 kB
MMUPageSize:           4 kB
Locked:                0 kB

在调用 malloc_trim 之后，堆被缩小了。我假设 8MB mmap 段仍然可用，因为最后一块内存没有释放。

为什么 malloc 不自动执行堆修剪？ 有没有办法配置 malloc 以便自动完成修剪（当它可以节省那么多内存时）？

我使用的是 glibc 2.17 版。

Answer 1

很大程度上由于历史原因，用于小分配的内存来自使用brk 系统调用管理的池。这是一个非常古老的系统调用——至少和Version 6 Unix 一样古老——它唯一能做的就是改变一个“arena”的大小，它在内存中的位置是固定的。这意味着，brk 池不能缩小到仍然分配的块。

您的程序分配了 N 个内存块，然后释放其中的 N-1 个。它没有释放的一个块是位于最高地址的那个。这是brk 的最坏情况：即使 99.99% 的池未使用，大小也无法减小！如果你改变你的程序，让它没有释放的块是array[0]而不是array[NUM_CHUNKS-1]，你应该看到RSS和地址空间在最后调用free时都缩小了。

当您显式调用 malloc_trim 时，它会尝试使用 Linux 扩展 madvise(MADV_DONTNEED) 来解决此限制，该扩展会释放物理 RAM，但不会释放地址空间（如您所见）。我不知道为什么只有在明确调用 malloc_trim 时才会发生这种情况。

顺便说一句，8MB mmap 段是为您初始分配的array。