为什么我执行的 sbrk 系统调用不起作用？

Question

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 user-space malloc。所以一开始我想在我的 linux-机器上实施和测试它。

起初我是通过以下方式实现sbrk()函数的

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 给出的 sbrk 时，效果很好。

我尝试使用 sbrk() 的另一个实现

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;  
}

sbrk 从此函数调用

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;  
}

这段代码也行不通，在线 (***) 我得到分段错误。哪里有问题？

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;
 }

Answer 1

第一个 sbrk 应该有一个 long increment。你忘了处理错误（并设置 errno）

第二个 sbrk 函数不会更改 address space（与 sbrk 一样）。您可以使用 mmap 来更改它（但是使用 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 来查询 pid 1234 进程的地址 space。甚至从程序内部读取（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 (listed in syscalls(2)）由内核执行（对于 sbrk kernel 保持 "data segment" 限制！）。所以你无法避免内核，我什至不明白你为什么要模拟任何系统调用。几乎根据定义，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) 了解您的运行程序完成的实际系统调用。

顺便说一句，GNU libc is a free software. You could look into its source code. musl-libc is a simpler libc 及其代码更具可读性。

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 and the Linux Assembly HowTo.

为什么我执行的 sbrk 系统调用不起作用？

Why my implementation of sbrk system call does not work?

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