Linux 对堆的理解与总结

堆结构体

/*整个结构体中的成员在32位机中大小为8字节，64位机中大小为16字节*/
struct malloc_chunk {
/* mchunk_prev_size表示上一个堆块的大小，在上一个堆块未free之前是没有作用的*/
 INTERNAL_SIZE_T      mchunk_prev_size;  
  /* mchunk_size表示当前堆块的大小，由内存补齐机制使得最低几位被忽略了，但是他们最低的几位有特殊的表示：
  PREV_INUSE：表示最低位，当为1时，表示上一个上一个堆块在使用（0x10-0x80恒为1）
  IS_MMAPPED：倒数第二位，判断是否为mmap产生的chunk。
  NON_MAIN_ARENA：倒数第三位，判断当前chunk是否被thread_arena管理
  */
 INTERNAL_SIZE_T      mchunk_size;      

 struct malloc_chunk* fd;         /* 只在free chunk时有用*/
 struct malloc_chunk* bk;

 /* 只有释放大于0x400时有用,large bin */
 struct malloc_chunk* fd_nextsize; /* double links -- used only if free. */
 struct malloc_chunk* bk_nextsize;
};

Top chunk:是指第一次malloc时，由sbrk或mmap申请的内存块，系统会给Top chunk一块特别大的空间，在下一次分配内存时只需要在Top chunk上进行切割不需要重新使用sbrk或mmap再次申请。

NOTE:在前一个堆块为释放的前提下，mchunk_prev_size,是共享的。glibc为了省内存会将下一个堆块的mchunk_prev_size给当前堆块使用。
例如：分配0x18则会分配0x20的内存。

• 堆利用的核心思想，在释放了chunk的时候还能够修改
• 当chunk被释放到unsorted bin或者除fast bin以外的bin链时 ，当前chunk内就有libc上的地址 lib.address=libc_on-libc.symbols["mainarena"] - 88(libc_on:表示libc上的地址，libc.symbols["mainarena"]:表示mainarena地址，88：表示偏移地址)
• fastbin 的prevsize为0 previnuse为1

认识arena

arena是用来管理bin链的
arena分为main arena和thread arena两种；
由sbrk创建的chunk属于main arena,（主线程arena）
由mmap创建的chunk属于thread arena,(子线程arena)
main arena 与thread arena创建的堆的地址不同（在gdb下使用vmmap查看的heap是属于main arena的，）

认识bin

系统根据不同的大小的chunk，将bin分为了四类Fast bin,Small bin, Unsorted bin,Large bin.
其中Fast bin 有十个
其余的bins共128个

   struct malloc_state
   {
     /* Serialize access.  */
     __libc_lock_define (, mutex);          //0x4 
   
     /* Flags (formerly in max_fast).  */
     int flags;                         //0x8
   
     /* Set if the fastbin chunks contain recently inserted free blocks.  */
     /* Note this is a bool but not all targets support atomics on booleans.  */
     int have_fastchunks;           //0x4
   
     /* Fastbins */ 
     mfastbinptr fastbinsY[NFASTBINS];   //fastbin 的管理头  10个 // 0x10  
   
     /* Base of the topmost chunk -- not otherwise kept in a bin */
     mchunkptr top;             // 0x60  96
   
     /* The remainder from the most recent split of a small request */
     mchunkptr last_remainder;
   
     /* Normal bins packed as described above */
     mchunkptr bins[NBINS * 2 - 2];// #define NBINS    128 乘2是因为main arena 有两个指针fd 与 bk
   
     /* Bitmap of bins */
     unsigned int binmap[BINMAPSIZE];
   
     /* Linked list */
     struct malloc_state *next;
   
     /* Linked list for free arenas.  Access to this field is serialized
        by free_list_lock in arena.c.  */
     struct malloc_state *next_free;
   
     /* Number of threads attached to this arena.  0 if the arena is on
        the free list.  Access to this field is serialized by
        free_list_lock in arena.c.  */
     INTERNAL_SIZE_T attached_threads;
   
     /* Memory allocated from the system in this arena.  */
     INTERNAL_SIZE_T system_mem;
     INTERNAL_SIZE_T max_system_mem;
   }

当分配内存大于0x400时，malloc_consolidate 会整理fastbin ，将能合并的fastbin 合并 一起放入到unsorted bin 然后在unsorted上进行malloc条件比较，若满足条件则切割，否则去别的bin链查找符合大小的堆块，在都不符合的情况下从Top chunk上切割。
在unsoreted bin malloc的最后，会将unsorted bin上的堆块进行整理，并放入到对应的bin链中

Top chunk

Top chunk是第一次malloc时创建的一个非常大的堆块。当Top chunk的大小不能满足当前堆块的大小，则会重新分配Top chunk的大小，以前的Top chunk会被放进 Unsorted bin中整理分类。