brk 和 sbrk 是否将程序中断舍入到最近的页面边界？

问题描述

我的问题正如蒂蒂所说，根据我的教科书

int brk(void *end_data_segment);

brk() 系统调用将程序中断设置到由 end_data_segment。由于虚拟内存是以页为单位分配的， end_data_segment 有效地向上舍入到下一页边界。

并且由于在 Linux 上，sbrk() 是作为使用 brk() 系统调用的库函数实现的，所以我希望这两个函数都会将程序中断舍入到下一页边界。但是当我在 x86_64 Linux 机器 (ubuntu) 上测试时，结果发现这两个函数都按照要求将程序中断移动到确切位置（我尝试使用 brk，结果相同）。

    int main(int argc,char *argv[])
    {
       void *ori = sbrk(100);
       printf("original program break at %p\n",ori);
       void *Now = sbrk(0);
       printf("program break Now at %p\n",Now);
      return 0;
  }

这是输出

original program break at 0x56491e28f000
program break Now at 0x56491e28f064

这里发生了什么？

解决方法

brk 分配/取消分配页面。然而，基于虚拟内存操作系统中内存管理的最小数据单元是页面这一事实的实现细节对调用者是透明的。

在 Linux 内核中，brk 保存未对齐的值，并使用对齐的值来确定页面是否需要分配/释放：

asmlinkage unsigned long sys_brk(unsigned long brk)
{
[...]
    newbrk = PAGE_ALIGN(brk);
    oldbrk = PAGE_ALIGN(mm->brk);
    if (oldbrk == newbrk)
        goto set_brk;
[...]
    if (do_brk(oldbrk,newbrk-oldbrk) != oldbrk)
        goto out;
set_brk:
    mm->brk = brk;
[...]
}

至于sbrk：glibc调用brk并在用户空间维护当前程序中断（__curbrk）的（未对齐）值：

void *__curbrk;
[...]
void *
__sbrk (intptr_t increment)
{
  void *oldbrk;
  if (__curbrk == NULL || __libc_multiple_libcs)
    if (__brk (0) < 0)          /* Initialize the break.  */
      return (void *) -1;
  if (increment == 0)
    return __curbrk;
  oldbrk = __curbrk;
[...]
  if (__brk (oldbrk + increment) < 0)
    return (void *) -1;
  return oldbrk;
}

因此，sbrk 的返回值不反映 Linux 内核中发生的页面对齐。