> For the complete documentation index, see [llms.txt](https://mqjyl2012.gitbook.io/backend-development/llms.txt). Markdown versions of documentation pages are available by appending `.md` to page URLs; this page is available as [Markdown](https://mqjyl2012.gitbook.io/backend-development/operating-system/linux-system-calls/sc-memory.md). # 内存 ## :pencil2: 1、`brk & sbrk` **不属于Linux系统调用，而是C语言提供的。** **函数原型：** ```c #include int brk(void* addr); void* sbrk(intptr_t increment); ``` 这两个函数都用来改变 “program break” (程序间断点)的位置，改变数据段长度（Change data segment size），即 **扩展heap的上界`brk`，**实现虚拟内存到物理内存的映射。 `brk()`函数直接修改有效访问范围的末尾地址实现分配与回收。当`addr`参数合理、系统有足够的内存并且不超过最大值时`brk()`函数将数据段结尾设置为`addr`，即间断点设置为`addr`。`sbrk()`函数中：当increment为正值时，间断点位置向后移动increment字节。同时返回移动之前的位置，相当于分配内存。当increment为负值时，位置向前移动increment字节，相当于释放内存，其返回值没有实际意义。当increment为0时，不移动位置只返回当前位置。参数increment的符号决定了是分配还是回收内存。 ![](/files/-MEh2S_JHPEly4tLx0CJ) **返回值：** `brk()`成功返回0，失败返回-1并且设置`errno`值为`ENOMEM`。 `sbrk()`成功返回之前的程序间断点地址。如果间断点值增加，那么这个指针（指的是返回之前的间断点地址）是指向分配的新的内存的首地址。如果出错失败，就返回一个指针并设置`errno`全局变量的值为`ENOMEM`。 ### 测试 `sbrk()`与`brk()`是C标准函数的底层实现，其机制较为复杂（测试中，死循环是为了查看maps文件，不至于进程消亡文件随之消失）。 ![](/files/-MEh4je2db6c8DAFRvrk) 虽然，`sbrk()`与`brk()`均可分配回收兼职，但是我们一般用`sbrk()`分配内存，而用`brk()`回收内存，上例中回收内存可以这样写： ```c int err = brk(old); /**或者brk(p);效果与sbrk(-MAX*MAX);是一样的，但brk()更方便与清晰明了。**/ if(-1 == err){ perror("brk"); exit(EXIT_FAILURE); } ``` ## :pencil2: 2、`mmap & munmap` `mmap`函数第一种用法是映射磁盘文件到内存中，对该内存区域的存取即是直接对该文件内容的读写；而**`malloc`使用的`mmap`函数的第二种用法，即匿名映射，匿名映射不映射磁盘文件，而是向映射区申请一块内存**。 **函数原型：** ```c #incldue void * mmap(void * addr, size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset); int munmap(void * addr, size_t length); // addr为mmap函数返回接收的地址，length为请求分配的长度。 ``` | 参数 | 说明 | | ------ | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ | | start | 指向欲对应的内存起始地址，通常设为NULL，代表让系统自动选定地址，对应成功后该地址会返回。 | | length | 代表将文件中多大的部分对应到内存。 | | `prot` |

代表映射区域的保护方式，有下列组合：

注意PROT\_XXXXX与文件本身的权限不冲突，如果在程序中不设定任何权限，即使本身存在读写权限，该进程也不能对其操作

| | flags |

会影响映射区域的各种特性：


在调用mmap()时必须要指定MAP\_SHARED 或 MAP\_PRIVATE。

| | `fd` | open()返回的文件描述词，代表欲映射到内存的文件。 | | offset | 文件映射的偏移量，通常设置为0，代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍。 | > 返回值：失败返回`MAP_FAILED`，即`(void * (-1))`并设置`errno`全局变量。成功返回指向`mmap area`的指针`pointer`。 > > 常见`errno`错误： > **①`ENOMEM`**：内存不足；\ > **②`EAGAIN`**：文件被锁住或有太多内存被锁住；\ > **③`EBADF`**：参数`fd`不是有效的文件描述符；\ > **④`EACCES`**：存在权限错误，。如果是MAP\_PRIVATE情况下文件必须可读；使用MAP\_SHARED则文件必须能写入，且设置`prot`权限必须为`PROT_WRITE`。\ > **⑤`EINVAL`**：参数`addr`、length或者offset中有不合法参数存在。 范例：利用`mmap()`来读取`/etc/passwd` 文件内容： ```c #include #include #include #include #include main(){ int fd; void *start; struct stat sb; fd = open("/etc/passwd", O_RDONLY); /*打开/etc/passwd */ fstat(fd, &sb); /* 取得文件大小 */ start = mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0); if(start == MAP_FAILED) /* 判断是否映射成功 */ return; printf("%s", start); munmap(start, sb.st_size); /* 解除映射 */ closed(fd); } ``` 在`mmap`和`munmap`执行过程的任何时刻，被映射文件的`st_atime`可能被更新。若`st_atime`字段在上述情况下没有得到更新，首次对映射区的第一个页索引时会更新该字段的值。 使用`PROT_WRITE` 和 `MAP_SHARED`标志建立起来的文件映射，其`st_ctime(c: change)` 和 `st_mtime(m: modification)` 在对映射区写入之后与`msync()[memory synchronize]`通过`MS_SYNC` 和 `MS_ASYNC[memory asynchronize]`两个标志调用之前会被更新。 ### 测试 测试`framebuffer`的小程序：显示红色方块。（对`Framebuffer`进行读写可以直接操作显存，该程序需要在Linux的命令行模式下运行。） ```c #include #include #include #include #include #include int main() { int fp = 0; struct fb_var_screeninfo vinfo; struct fb_fix_screeninfo finfo; long screensize = 0; char* fbp = 0; int x = 0, y = 0; long location = 0; fp = open("/dev/fb0", O_RDWR); sleep(10); if (fp < 0) { printf("Error : Can not open framebuffer device\n"); exit(1); } if (ioctl(fp, FBIOGET_FSCREENINFO, &finfo)) { printf("Error reading fixed information\n"); exit(2); } if (ioctl(fp, FBIOGET_VSCREENINFO, &vinfo)) { printf("Error reading variable information\n"); exit(3); } screensize = vinfo.xres * vinfo.yres * vinfo.bits_per_pixel / 8; /*这就是把fp所指的文件中从开始到screensize大小的内容给映射出来，得到一个指向这块空间的指针*/ fbp = (char*)mmap(0, screensize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fp, 0); if ((int)fbp == -1) { printf("Error: failed to map framebuffer device to memory./n"); exit(4); } /*这是你想画的点的位置坐标,(0，0)点在屏幕左上角*/ x = 100; y = 100; for (x = 100; x < 200; x++) { for (y = 100; y < 200; y++) { location = x * (vinfo.bits_per_pixel / 8) + y * finfo.line_length; *(fbp + location) = 0; /* 蓝色的色深 */ /*直接赋值来改变屏幕上某点的颜色*/ *(fbp + location + 1) = 0; /* 绿色的色深*/ *(fbp + location + 2) = 200; /* 红色的色深*/ *(fbp + location + 3) = 0; /* 是否透明*/ } } munmap(fbp, screensize); /*解除映射*/ close(fp); /*关闭文件*/ return 0; } ``` --- # Agent Instructions This documentation is published with GitBook. GitBook is the documentation platform designed so that both humans and AI agents can read, navigate, and reason over technical content effectively. Learn more at gitbook.com. ## Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://mqjyl2012.gitbook.io/backend-development/operating-system/linux-system-calls/sc-memory.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.