理解glibc malloc修剪

Question

我目前正在开发的一些程序消耗的内存比我认为的要多。所以我试着去了解glibc malloc修剪是如何工作的。我编写了以下测试：

#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已释放，但此测试代码消耗的驻留内存比预期的要多得多：

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

过程击打：

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

然而，RSS显著减少：

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

Process (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

调用malloc_trim之后，堆就被避开了。我假设8MB的mmap段仍然可用，因为最后一段内存没有释放。

为什么堆修剪不是由malloc自动执行的？是否有一种方法可以配置malloc，以便自动完成裁剪(当它可以节省那么多内存时)？

我使用的是glibc版本2.17。

Answer 1

主要是由于历史原因，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--至少和版本6 Unix一样古老--它唯一能做的就是改变内存位置固定的“竞技场”的大小。这意味着，brk池不能缩小超过仍在分配的块。

您的程序分配N个内存块，然后释放其中的N1。它没有释放的一个块是位于最高地址的块。这是brk最坏的情况:即使99.99%的池未使用，也无法缩小其大小！如果您更改您的程序，使它不能释放的块是array[0]而不是array[NUM_CHUNKS-1]，那么在对free的最后调用时，您应该会看到RSS和地址空间都缩小了。

当您显式调用malloc_trim时，它尝试使用madvise(MADV_DONTNEED)扩展来解决这个限制，它释放物理内存，但不释放地址空间(正如您所观察到的)。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的mmap段用于您最初的array分配。