S390: Move utf8-utf32-z9.c to multiarch folder and use s390_libc_ifunc_expr macro.
[glibc.git] / manual / memory.texi
bloba256ca07b2bc9593b6d6d661dde46e892fca4158
1 @node Memory, Character Handling, Error Reporting, Top
2 @chapter Virtual Memory Allocation And Paging
3 @c %MENU% Allocating virtual memory and controlling paging
4 @cindex memory allocation
5 @cindex storage allocation
7 This chapter describes how processes manage and use memory in a system
8 that uses @theglibc{}.
10 @Theglibc{} has several functions for dynamically allocating
11 virtual memory in various ways.  They vary in generality and in
12 efficiency.  The library also provides functions for controlling paging
13 and allocation of real memory.
16 @menu
17 * Memory Concepts::             An introduction to concepts and terminology.
18 * Memory Allocation::           Allocating storage for your program data
19 * Resizing the Data Segment::   @code{brk}, @code{sbrk}
20 * Locking Pages::               Preventing page faults
21 @end menu
23 Memory mapped I/O is not discussed in this chapter.  @xref{Memory-mapped I/O}.
27 @node Memory Concepts
28 @section Process Memory Concepts
30 One of the most basic resources a process has available to it is memory.
31 There are a lot of different ways systems organize memory, but in a
32 typical one, each process has one linear virtual address space, with
33 addresses running from zero to some huge maximum.  It need not be
34 contiguous; i.e., not all of these addresses actually can be used to
35 store data.
37 The virtual memory is divided into pages (4 kilobytes is typical).
38 Backing each page of virtual memory is a page of real memory (called a
39 @dfn{frame}) or some secondary storage, usually disk space.  The disk
40 space might be swap space or just some ordinary disk file.  Actually, a
41 page of all zeroes sometimes has nothing at all backing it -- there's
42 just a flag saying it is all zeroes.
43 @cindex page frame
44 @cindex frame, real memory
45 @cindex swap space
46 @cindex page, virtual memory
48 The same frame of real memory or backing store can back multiple virtual
49 pages belonging to multiple processes.  This is normally the case, for
50 example, with virtual memory occupied by @glibcadj{} code.  The same
51 real memory frame containing the @code{printf} function backs a virtual
52 memory page in each of the existing processes that has a @code{printf}
53 call in its program.
55 In order for a program to access any part of a virtual page, the page
56 must at that moment be backed by (``connected to'') a real frame.  But
57 because there is usually a lot more virtual memory than real memory, the
58 pages must move back and forth between real memory and backing store
59 regularly, coming into real memory when a process needs to access them
60 and then retreating to backing store when not needed anymore.  This
61 movement is called @dfn{paging}.
63 When a program attempts to access a page which is not at that moment
64 backed by real memory, this is known as a @dfn{page fault}.  When a page
65 fault occurs, the kernel suspends the process, places the page into a
66 real page frame (this is called ``paging in'' or ``faulting in''), then
67 resumes the process so that from the process' point of view, the page
68 was in real memory all along.  In fact, to the process, all pages always
69 seem to be in real memory.  Except for one thing: the elapsed execution
70 time of an instruction that would normally be a few nanoseconds is
71 suddenly much, much, longer (because the kernel normally has to do I/O
72 to complete the page-in).  For programs sensitive to that, the functions
73 described in @ref{Locking Pages} can control it.
74 @cindex page fault
75 @cindex paging
77 Within each virtual address space, a process has to keep track of what
78 is at which addresses, and that process is called memory allocation.
79 Allocation usually brings to mind meting out scarce resources, but in
80 the case of virtual memory, that's not a major goal, because there is
81 generally much more of it than anyone needs.  Memory allocation within a
82 process is mainly just a matter of making sure that the same byte of
83 memory isn't used to store two different things.
85 Processes allocate memory in two major ways: by exec and
86 programmatically.  Actually, forking is a third way, but it's not very
87 interesting.  @xref{Creating a Process}.
89 Exec is the operation of creating a virtual address space for a process,
90 loading its basic program into it, and executing the program.  It is
91 done by the ``exec'' family of functions (e.g. @code{execl}).  The
92 operation takes a program file (an executable), it allocates space to
93 load all the data in the executable, loads it, and transfers control to
94 it.  That data is most notably the instructions of the program (the
95 @dfn{text}), but also literals and constants in the program and even
96 some variables: C variables with the static storage class (@pxref{Memory
97 Allocation and C}).
98 @cindex executable
99 @cindex literals
100 @cindex constants
102 Once that program begins to execute, it uses programmatic allocation to
103 gain additional memory.  In a C program with @theglibc{}, there
104 are two kinds of programmatic allocation: automatic and dynamic.
105 @xref{Memory Allocation and C}.
107 Memory-mapped I/O is another form of dynamic virtual memory allocation.
108 Mapping memory to a file means declaring that the contents of certain
109 range of a process' addresses shall be identical to the contents of a
110 specified regular file.  The system makes the virtual memory initially
111 contain the contents of the file, and if you modify the memory, the
112 system writes the same modification to the file.  Note that due to the
113 magic of virtual memory and page faults, there is no reason for the
114 system to do I/O to read the file, or allocate real memory for its
115 contents, until the program accesses the virtual memory.
116 @xref{Memory-mapped I/O}.
117 @cindex memory mapped I/O
118 @cindex memory mapped file
119 @cindex files, accessing
121 Just as it programmatically allocates memory, the program can
122 programmatically deallocate (@dfn{free}) it.  You can't free the memory
123 that was allocated by exec.  When the program exits or execs, you might
124 say that all its memory gets freed, but since in both cases the address
125 space ceases to exist, the point is really moot.  @xref{Program
126 Termination}.
127 @cindex execing a program
128 @cindex freeing memory
129 @cindex exiting a program
131 A process' virtual address space is divided into segments.  A segment is
132 a contiguous range of virtual addresses.  Three important segments are:
134 @itemize @bullet
136 @item
138 The @dfn{text segment} contains a program's instructions and literals and
139 static constants.  It is allocated by exec and stays the same size for
140 the life of the virtual address space.
142 @item
143 The @dfn{data segment} is working storage for the program.  It can be
144 preallocated and preloaded by exec and the process can extend or shrink
145 it by calling functions as described in @xref{Resizing the Data
146 Segment}.  Its lower end is fixed.
148 @item
149 The @dfn{stack segment} contains a program stack.  It grows as the stack
150 grows, but doesn't shrink when the stack shrinks.
152 @end itemize
156 @node Memory Allocation
157 @section Allocating Storage For Program Data
159 This section covers how ordinary programs manage storage for their data,
160 including the famous @code{malloc} function and some fancier facilities
161 special to @theglibc{} and GNU Compiler.
163 @menu
164 * Memory Allocation and C::     How to get different kinds of allocation in C.
165 * The GNU Allocator::           An overview of the GNU @code{malloc}
166                                 implementation.
167 * Unconstrained Allocation::    The @code{malloc} facility allows fully general
168                                  dynamic allocation.
169 * Allocation Debugging::        Finding memory leaks and not freed memory.
170 * Replacing malloc::            Using your own @code{malloc}-style allocator.
171 * Obstacks::                    Obstacks are less general than malloc
172                                  but more efficient and convenient.
173 * Variable Size Automatic::     Allocation of variable-sized blocks
174                                  of automatic storage that are freed when the
175                                  calling function returns.
176 @end menu
179 @node Memory Allocation and C
180 @subsection Memory Allocation in C Programs
182 The C language supports two kinds of memory allocation through the
183 variables in C programs:
185 @itemize @bullet
186 @item
187 @dfn{Static allocation} is what happens when you declare a static or
188 global variable.  Each static or global variable defines one block of
189 space, of a fixed size.  The space is allocated once, when your program
190 is started (part of the exec operation), and is never freed.
191 @cindex static memory allocation
192 @cindex static storage class
194 @item
195 @dfn{Automatic allocation} happens when you declare an automatic
196 variable, such as a function argument or a local variable.  The space
197 for an automatic variable is allocated when the compound statement
198 containing the declaration is entered, and is freed when that
199 compound statement is exited.
200 @cindex automatic memory allocation
201 @cindex automatic storage class
203 In GNU C, the size of the automatic storage can be an expression
204 that varies.  In other C implementations, it must be a constant.
205 @end itemize
207 A third important kind of memory allocation, @dfn{dynamic allocation},
208 is not supported by C variables but is available via @glibcadj{}
209 functions.
210 @cindex dynamic memory allocation
212 @subsubsection Dynamic Memory Allocation
213 @cindex dynamic memory allocation
215 @dfn{Dynamic memory allocation} is a technique in which programs
216 determine as they are running where to store some information.  You need
217 dynamic allocation when the amount of memory you need, or how long you
218 continue to need it, depends on factors that are not known before the
219 program runs.
221 For example, you may need a block to store a line read from an input
222 file; since there is no limit to how long a line can be, you must
223 allocate the memory dynamically and make it dynamically larger as you
224 read more of the line.
226 Or, you may need a block for each record or each definition in the input
227 data; since you can't know in advance how many there will be, you must
228 allocate a new block for each record or definition as you read it.
230 When you use dynamic allocation, the allocation of a block of memory is
231 an action that the program requests explicitly.  You call a function or
232 macro when you want to allocate space, and specify the size with an
233 argument.  If you want to free the space, you do so by calling another
234 function or macro.  You can do these things whenever you want, as often
235 as you want.
237 Dynamic allocation is not supported by C variables; there is no storage
238 class ``dynamic'', and there can never be a C variable whose value is
239 stored in dynamically allocated space.  The only way to get dynamically
240 allocated memory is via a system call (which is generally via a @glibcadj{}
241 function call), and the only way to refer to dynamically
242 allocated space is through a pointer.  Because it is less convenient,
243 and because the actual process of dynamic allocation requires more
244 computation time, programmers generally use dynamic allocation only when
245 neither static nor automatic allocation will serve.
247 For example, if you want to allocate dynamically some space to hold a
248 @code{struct foobar}, you cannot declare a variable of type @code{struct
249 foobar} whose contents are the dynamically allocated space.  But you can
250 declare a variable of pointer type @code{struct foobar *} and assign it the
251 address of the space.  Then you can use the operators @samp{*} and
252 @samp{->} on this pointer variable to refer to the contents of the space:
254 @smallexample
256   struct foobar *ptr
257      = (struct foobar *) malloc (sizeof (struct foobar));
258   ptr->name = x;
259   ptr->next = current_foobar;
260   current_foobar = ptr;
262 @end smallexample
264 @node The GNU Allocator
265 @subsection The GNU Allocator
266 @cindex gnu allocator
268 The @code{malloc} implementation in @theglibc{} is derived from ptmalloc
269 (pthreads malloc), which in turn is derived from dlmalloc (Doug Lea malloc).
270 This malloc may allocate memory in two different ways depending on their size
271 and certain parameters that may be controlled by users. The most common way is
272 to allocate portions of memory (called chunks) from a large contiguous area of
273 memory and manage these areas to optimize their use and reduce wastage in the
274 form of unusable chunks. Traditionally the system heap was set up to be the one
275 large memory area but the @glibcadj{} @code{malloc} implementation maintains
276 multiple such areas to optimize their use in multi-threaded applications.  Each
277 such area is internally referred to as an @dfn{arena}.
279 As opposed to other versions, the @code{malloc} in @theglibc{} does not round
280 up chunk sizes to powers of two, neither for large nor for small sizes.
281 Neighboring chunks can be coalesced on a @code{free} no matter what their size
282 is.  This makes the implementation suitable for all kinds of allocation
283 patterns without generally incurring high memory waste through fragmentation.
284 The presence of multiple arenas allows multiple threads to allocate
285 memory simultaneously in separate arenas, thus improving performance.
287 The other way of memory allocation is for very large blocks, i.e. much larger
288 than a page. These requests are allocated with @code{mmap} (anonymous or via
289 @file{/dev/zero}; @pxref{Memory-mapped I/O})). This has the great advantage
290 that these chunks are returned to the system immediately when they are freed.
291 Therefore, it cannot happen that a large chunk becomes ``locked'' in between
292 smaller ones and even after calling @code{free} wastes memory.  The size
293 threshold for @code{mmap} to be used is dynamic and gets adjusted according to
294 allocation patterns of the program.  @code{mallopt} can be used to statically
295 adjust the threshold using @code{M_MMAP_THRESHOLD} and the use of @code{mmap}
296 can be disabled completely with @code{M_MMAP_MAX};
297 @pxref{Malloc Tunable Parameters}.
299 A more detailed technical description of the GNU Allocator is maintained in
300 the @glibcadj{} wiki. See
301 @uref{https://sourceware.org/glibc/wiki/MallocInternals}.
303 It is possible to use your own custom @code{malloc} instead of the
304 built-in allocator provided by @theglibc{}.  @xref{Replacing malloc}.
306 @node Unconstrained Allocation
307 @subsection Unconstrained Allocation
308 @cindex unconstrained memory allocation
309 @cindex @code{malloc} function
310 @cindex heap, dynamic allocation from
312 The most general dynamic allocation facility is @code{malloc}.  It
313 allows you to allocate blocks of memory of any size at any time, make
314 them bigger or smaller at any time, and free the blocks individually at
315 any time (or never).
317 @menu
318 * Basic Allocation::            Simple use of @code{malloc}.
319 * Malloc Examples::             Examples of @code{malloc}.  @code{xmalloc}.
320 * Freeing after Malloc::        Use @code{free} to free a block you
321                                  got with @code{malloc}.
322 * Changing Block Size::         Use @code{realloc} to make a block
323                                  bigger or smaller.
324 * Allocating Cleared Space::    Use @code{calloc} to allocate a
325                                  block and clear it.
326 * Aligned Memory Blocks::       Allocating specially aligned memory.
327 * Malloc Tunable Parameters::   Use @code{mallopt} to adjust allocation
328                                  parameters.
329 * Heap Consistency Checking::   Automatic checking for errors.
330 * Hooks for Malloc::            You can use these hooks for debugging
331                                  programs that use @code{malloc}.
332 * Statistics of Malloc::        Getting information about how much
333                                  memory your program is using.
334 * Summary of Malloc::           Summary of @code{malloc} and related functions.
335 @end menu
337 @node Basic Allocation
338 @subsubsection Basic Memory Allocation
339 @cindex allocation of memory with @code{malloc}
341 To allocate a block of memory, call @code{malloc}.  The prototype for
342 this function is in @file{stdlib.h}.
343 @pindex stdlib.h
345 @comment malloc.h stdlib.h
346 @comment ISO
347 @deftypefun {void *} malloc (size_t @var{size})
348 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
349 @c Malloc hooks and __morecore pointers, as well as such parameters as
350 @c max_n_mmaps and max_mmapped_mem, are accessed without guards, so they
351 @c could pose a thread safety issue; in order to not declare malloc
352 @c MT-unsafe, it's modifying the hooks and parameters while multiple
353 @c threads are active that is regarded as unsafe.  An arena's next field
354 @c is initialized and never changed again, except for main_arena's,
355 @c that's protected by list_lock; next_free is only modified while
356 @c list_lock is held too.  All other data members of an arena, as well
357 @c as the metadata of the memory areas assigned to it, are only modified
358 @c while holding the arena's mutex (fastbin pointers use catomic ops
359 @c because they may be modified by free without taking the arena's
360 @c lock).  Some reassurance was needed for fastbins, for it wasn't clear
361 @c how they were initialized.  It turns out they are always
362 @c zero-initialized: main_arena's, for being static data, and other
363 @c arena's, for being just-mmapped memory.
365 @c Leaking file descriptors and memory in case of cancellation is
366 @c unavoidable without disabling cancellation, but the lock situation is
367 @c a bit more complicated: we don't have fallback arenas for malloc to
368 @c be safe to call from within signal handlers.  Error-checking mutexes
369 @c or trylock could enable us to try and use alternate arenas, even with
370 @c -DPER_THREAD (enabled by default), but supporting interruption
371 @c (cancellation or signal handling) while holding the arena list mutex
372 @c would require more work; maybe blocking signals and disabling async
373 @c cancellation while manipulating the arena lists?
375 @c __libc_malloc @asulock @aculock @acsfd @acsmem
376 @c  force_reg ok
377 @c  *malloc_hook unguarded
378 @c  arena_lock @asulock @aculock @acsfd @acsmem
379 @c   mutex_lock @asulock @aculock
380 @c   arena_get2 @asulock @aculock @acsfd @acsmem
381 @c    get_free_list @asulock @aculock
382 @c     mutex_lock (list_lock) dup @asulock @aculock
383 @c     mutex_unlock (list_lock) dup @aculock
384 @c     mutex_lock (arena lock) dup @asulock @aculock [returns locked]
385 @c    __get_nprocs ext ok @acsfd
386 @c    NARENAS_FROM_NCORES ok
387 @c    catomic_compare_and_exchange_bool_acq ok
388 @c    _int_new_arena ok @asulock @aculock @acsmem
389 @c     new_heap ok @acsmem
390 @c      mmap ok @acsmem
391 @c      munmap ok @acsmem
392 @c      mprotect ok
393 @c     chunk2mem ok
394 @c     set_head ok
395 @c     tsd_setspecific dup ok
396 @c     mutex_init ok
397 @c     mutex_lock (just-created mutex) ok, returns locked
398 @c     mutex_lock (list_lock) dup @asulock @aculock
399 @c     atomic_write_barrier ok
400 @c     mutex_unlock (list_lock) @aculock
401 @c    catomic_decrement ok
402 @c    reused_arena @asulock @aculock
403 @c      reads&writes next_to_use and iterates over arena next without guards
404 @c      those are harmless as long as we don't drop arenas from the
405 @c      NEXT list, and we never do; when a thread terminates,
406 @c      arena_thread_freeres prepends the arena to the free_list
407 @c      NEXT_FREE list, but NEXT is never modified, so it's safe!
408 @c     mutex_trylock (arena lock) @asulock @aculock
409 @c     mutex_lock (arena lock) dup @asulock @aculock
410 @c     tsd_setspecific dup ok
411 @c  _int_malloc @acsfd @acsmem
412 @c   checked_request2size ok
413 @c    REQUEST_OUT_OF_RANGE ok
414 @c    request2size ok
415 @c   get_max_fast ok
416 @c   fastbin_index ok
417 @c   fastbin ok
418 @c   catomic_compare_and_exhange_val_acq ok
419 @c   malloc_printerr dup @mtsenv
420 @c     if we get to it, we're toast already, undefined behavior must have
421 @c     been invoked before
422 @c    libc_message @mtsenv [no leaks with cancellation disabled]
423 @c     FATAL_PREPARE ok
424 @c      pthread_setcancelstate disable ok
425 @c     libc_secure_getenv @mtsenv
426 @c      getenv @mtsenv
427 @c     open_not_cancel_2 dup @acsfd
428 @c     strchrnul ok
429 @c     WRITEV_FOR_FATAL ok
430 @c      writev ok
431 @c     mmap ok @acsmem
432 @c     munmap ok @acsmem
433 @c     BEFORE_ABORT @acsfd
434 @c      backtrace ok
435 @c      write_not_cancel dup ok
436 @c      backtrace_symbols_fd @aculock
437 @c      open_not_cancel_2 dup @acsfd
438 @c      read_not_cancel dup ok
439 @c      close_not_cancel_no_status dup @acsfd
440 @c     abort ok
441 @c    itoa_word ok
442 @c    abort ok
443 @c   check_remalloced_chunk ok/disabled
444 @c   chunk2mem dup ok
445 @c   alloc_perturb ok
446 @c   in_smallbin_range ok
447 @c   smallbin_index ok
448 @c   bin_at ok
449 @c   last ok
450 @c   malloc_consolidate ok
451 @c    get_max_fast dup ok
452 @c    clear_fastchunks ok
453 @c    unsorted_chunks dup ok
454 @c    fastbin dup ok
455 @c    atomic_exchange_acq ok
456 @c    check_inuse_chunk dup ok/disabled
457 @c    chunk_at_offset dup ok
458 @c    chunksize dup ok
459 @c    inuse_bit_at_offset dup ok
460 @c    unlink dup ok
461 @c    clear_inuse_bit_at_offset dup ok
462 @c    in_smallbin_range dup ok
463 @c    set_head dup ok
464 @c    malloc_init_state ok
465 @c     bin_at dup ok
466 @c     set_noncontiguous dup ok
467 @c     set_max_fast dup ok
468 @c     initial_top ok
469 @c      unsorted_chunks dup ok
470 @c    check_malloc_state ok/disabled
471 @c   set_inuse_bit_at_offset ok
472 @c   check_malloced_chunk ok/disabled
473 @c   largebin_index ok
474 @c   have_fastchunks ok
475 @c   unsorted_chunks ok
476 @c    bin_at ok
477 @c   chunksize ok
478 @c   chunk_at_offset ok
479 @c   set_head ok
480 @c   set_foot ok
481 @c   mark_bin ok
482 @c    idx2bit ok
483 @c   first ok
484 @c   unlink ok
485 @c    malloc_printerr dup ok
486 @c    in_smallbin_range dup ok
487 @c   idx2block ok
488 @c   idx2bit dup ok
489 @c   next_bin ok
490 @c   sysmalloc @acsfd @acsmem
491 @c    MMAP @acsmem
492 @c    set_head dup ok
493 @c    check_chunk ok/disabled
494 @c    chunk2mem dup ok
495 @c    chunksize dup ok
496 @c    chunk_at_offset dup ok
497 @c    heap_for_ptr ok
498 @c    grow_heap ok
499 @c     mprotect ok
500 @c    set_head dup ok
501 @c    new_heap @acsmem
502 @c     MMAP dup @acsmem
503 @c     munmap @acsmem
504 @c    top ok
505 @c    set_foot dup ok
506 @c    contiguous ok
507 @c    MORECORE ok
508 @c     *__morecore ok unguarded
509 @c      __default_morecore
510 @c       sbrk ok
511 @c    force_reg dup ok
512 @c    *__after_morecore_hook unguarded
513 @c    set_noncontiguous ok
514 @c    malloc_printerr dup ok
515 @c    _int_free (have_lock) @acsfd @acsmem [@asulock @aculock]
516 @c     chunksize dup ok
517 @c     mutex_unlock dup @aculock/!have_lock
518 @c     malloc_printerr dup ok
519 @c     check_inuse_chunk ok/disabled
520 @c     chunk_at_offset dup ok
521 @c     mutex_lock dup @asulock @aculock/@have_lock
522 @c     chunk2mem dup ok
523 @c     free_perturb ok
524 @c     set_fastchunks ok
525 @c      catomic_and ok
526 @c     fastbin_index dup ok
527 @c     fastbin dup ok
528 @c     catomic_compare_and_exchange_val_rel ok
529 @c     chunk_is_mmapped ok
530 @c     contiguous dup ok
531 @c     prev_inuse ok
532 @c     unlink dup ok
533 @c     inuse_bit_at_offset dup ok
534 @c     clear_inuse_bit_at_offset ok
535 @c     unsorted_chunks dup ok
536 @c     in_smallbin_range dup ok
537 @c     set_head dup ok
538 @c     set_foot dup ok
539 @c     check_free_chunk ok/disabled
540 @c     check_chunk dup ok/disabled
541 @c     have_fastchunks dup ok
542 @c     malloc_consolidate dup ok
543 @c     systrim ok
544 @c      MORECORE dup ok
545 @c      *__after_morecore_hook dup unguarded
546 @c      set_head dup ok
547 @c      check_malloc_state ok/disabled
548 @c     top dup ok
549 @c     heap_for_ptr dup ok
550 @c     heap_trim @acsfd @acsmem
551 @c      top dup ok
552 @c      chunk_at_offset dup ok
553 @c      prev_chunk ok
554 @c      chunksize dup ok
555 @c      prev_inuse dup ok
556 @c      delete_heap @acsmem
557 @c       munmap dup @acsmem
558 @c      unlink dup ok
559 @c      set_head dup ok
560 @c      shrink_heap @acsfd
561 @c       check_may_shrink_heap @acsfd
562 @c        open_not_cancel_2 @acsfd
563 @c        read_not_cancel ok
564 @c        close_not_cancel_no_status @acsfd
565 @c       MMAP dup ok
566 @c       madvise ok
567 @c     munmap_chunk @acsmem
568 @c      chunksize dup ok
569 @c      chunk_is_mmapped dup ok
570 @c      chunk2mem dup ok
571 @c      malloc_printerr dup ok
572 @c      munmap dup @acsmem
573 @c    check_malloc_state ok/disabled
574 @c  arena_get_retry @asulock @aculock @acsfd @acsmem
575 @c   mutex_unlock dup @aculock
576 @c   mutex_lock dup @asulock @aculock
577 @c   arena_get2 dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
578 @c  mutex_unlock @aculock
579 @c  mem2chunk ok
580 @c  chunk_is_mmapped ok
581 @c  arena_for_chunk ok
582 @c   chunk_non_main_arena ok
583 @c   heap_for_ptr ok
584 This function returns a pointer to a newly allocated block @var{size}
585 bytes long, or a null pointer if the block could not be allocated.
586 @end deftypefun
588 The contents of the block are undefined; you must initialize it yourself
589 (or use @code{calloc} instead; @pxref{Allocating Cleared Space}).
590 Normally you would cast the value as a pointer to the kind of object
591 that you want to store in the block.  Here we show an example of doing
592 so, and of initializing the space with zeros using the library function
593 @code{memset} (@pxref{Copying Strings and Arrays}):
595 @smallexample
596 struct foo *ptr;
597 @dots{}
598 ptr = (struct foo *) malloc (sizeof (struct foo));
599 if (ptr == 0) abort ();
600 memset (ptr, 0, sizeof (struct foo));
601 @end smallexample
603 You can store the result of @code{malloc} into any pointer variable
604 without a cast, because @w{ISO C} automatically converts the type
605 @code{void *} to another type of pointer when necessary.  But the cast
606 is necessary in contexts other than assignment operators or if you might
607 want your code to run in traditional C.
609 Remember that when allocating space for a string, the argument to
610 @code{malloc} must be one plus the length of the string.  This is
611 because a string is terminated with a null character that doesn't count
612 in the ``length'' of the string but does need space.  For example:
614 @smallexample
615 char *ptr;
616 @dots{}
617 ptr = (char *) malloc (length + 1);
618 @end smallexample
620 @noindent
621 @xref{Representation of Strings}, for more information about this.
623 @node Malloc Examples
624 @subsubsection Examples of @code{malloc}
626 If no more space is available, @code{malloc} returns a null pointer.
627 You should check the value of @emph{every} call to @code{malloc}.  It is
628 useful to write a subroutine that calls @code{malloc} and reports an
629 error if the value is a null pointer, returning only if the value is
630 nonzero.  This function is conventionally called @code{xmalloc}.  Here
631 it is:
633 @smallexample
634 void *
635 xmalloc (size_t size)
637   void *value = malloc (size);
638   if (value == 0)
639     fatal ("virtual memory exhausted");
640   return value;
642 @end smallexample
644 Here is a real example of using @code{malloc} (by way of @code{xmalloc}).
645 The function @code{savestring} will copy a sequence of characters into
646 a newly allocated null-terminated string:
648 @smallexample
649 @group
650 char *
651 savestring (const char *ptr, size_t len)
653   char *value = (char *) xmalloc (len + 1);
654   value[len] = '\0';
655   return (char *) memcpy (value, ptr, len);
657 @end group
658 @end smallexample
660 The block that @code{malloc} gives you is guaranteed to be aligned so
661 that it can hold any type of data.  On @gnusystems{}, the address is
662 always a multiple of eight on 32-bit systems, and a multiple of 16 on
663 64-bit systems.  Only rarely is any higher boundary (such as a page
664 boundary) necessary; for those cases, use @code{aligned_alloc} or
665 @code{posix_memalign} (@pxref{Aligned Memory Blocks}).
667 Note that the memory located after the end of the block is likely to be
668 in use for something else; perhaps a block already allocated by another
669 call to @code{malloc}.  If you attempt to treat the block as longer than
670 you asked for it to be, you are liable to destroy the data that
671 @code{malloc} uses to keep track of its blocks, or you may destroy the
672 contents of another block.  If you have already allocated a block and
673 discover you want it to be bigger, use @code{realloc} (@pxref{Changing
674 Block Size}).
676 @node Freeing after Malloc
677 @subsubsection Freeing Memory Allocated with @code{malloc}
678 @cindex freeing memory allocated with @code{malloc}
679 @cindex heap, freeing memory from
681 When you no longer need a block that you got with @code{malloc}, use the
682 function @code{free} to make the block available to be allocated again.
683 The prototype for this function is in @file{stdlib.h}.
684 @pindex stdlib.h
686 @comment malloc.h stdlib.h
687 @comment ISO
688 @deftypefun void free (void *@var{ptr})
689 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
690 @c __libc_free @asulock @aculock @acsfd @acsmem
691 @c   releasing memory into fastbins modifies the arena without taking
692 @c   its mutex, but catomic operations ensure safety.  If two (or more)
693 @c   threads are running malloc and have their own arenas locked when
694 @c   each gets a signal whose handler free()s large (non-fastbin-able)
695 @c   blocks from each other's arena, we deadlock; this is a more general
696 @c   case of @asulock.
697 @c  *__free_hook unguarded
698 @c  mem2chunk ok
699 @c  chunk_is_mmapped ok, chunk bits not modified after allocation
700 @c  chunksize ok
701 @c  munmap_chunk dup @acsmem
702 @c  arena_for_chunk dup ok
703 @c  _int_free (!have_lock) dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
704 The @code{free} function deallocates the block of memory pointed at
705 by @var{ptr}.
706 @end deftypefun
708 Freeing a block alters the contents of the block.  @strong{Do not expect to
709 find any data (such as a pointer to the next block in a chain of blocks) in
710 the block after freeing it.}  Copy whatever you need out of the block before
711 freeing it!  Here is an example of the proper way to free all the blocks in
712 a chain, and the strings that they point to:
714 @smallexample
715 struct chain
716   @{
717     struct chain *next;
718     char *name;
719   @}
721 void
722 free_chain (struct chain *chain)
724   while (chain != 0)
725     @{
726       struct chain *next = chain->next;
727       free (chain->name);
728       free (chain);
729       chain = next;
730     @}
732 @end smallexample
734 Occasionally, @code{free} can actually return memory to the operating
735 system and make the process smaller.  Usually, all it can do is allow a
736 later call to @code{malloc} to reuse the space.  In the meantime, the
737 space remains in your program as part of a free-list used internally by
738 @code{malloc}.
740 There is no point in freeing blocks at the end of a program, because all
741 of the program's space is given back to the system when the process
742 terminates.
744 @node Changing Block Size
745 @subsubsection Changing the Size of a Block
746 @cindex changing the size of a block (@code{malloc})
748 Often you do not know for certain how big a block you will ultimately need
749 at the time you must begin to use the block.  For example, the block might
750 be a buffer that you use to hold a line being read from a file; no matter
751 how long you make the buffer initially, you may encounter a line that is
752 longer.
754 You can make the block longer by calling @code{realloc}.  This function
755 is declared in @file{stdlib.h}.
756 @pindex stdlib.h
758 @comment malloc.h stdlib.h
759 @comment ISO
760 @deftypefun {void *} realloc (void *@var{ptr}, size_t @var{newsize})
761 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
762 @c It may call the implementations of malloc and free, so all of their
763 @c issues arise, plus the realloc hook, also accessed without guards.
765 @c __libc_realloc @asulock @aculock @acsfd @acsmem
766 @c  *__realloc_hook unguarded
767 @c  __libc_free dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
768 @c  __libc_malloc dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
769 @c  mem2chunk dup ok
770 @c  chunksize dup ok
771 @c  malloc_printerr dup ok
772 @c  checked_request2size dup ok
773 @c  chunk_is_mmapped dup ok
774 @c  mremap_chunk
775 @c   chunksize dup ok
776 @c   __mremap ok
777 @c   set_head dup ok
778 @c  MALLOC_COPY ok
779 @c   memcpy ok
780 @c  munmap_chunk dup @acsmem
781 @c  arena_for_chunk dup ok
782 @c  mutex_lock (arena mutex) dup @asulock @aculock
783 @c  _int_realloc @acsfd @acsmem
784 @c   malloc_printerr dup ok
785 @c   check_inuse_chunk dup ok/disabled
786 @c   chunk_at_offset dup ok
787 @c   chunksize dup ok
788 @c   set_head_size dup ok
789 @c   chunk_at_offset dup ok
790 @c   set_head dup ok
791 @c   chunk2mem dup ok
792 @c   inuse dup ok
793 @c   unlink dup ok
794 @c   _int_malloc dup @acsfd @acsmem
795 @c   mem2chunk dup ok
796 @c   MALLOC_COPY dup ok
797 @c   _int_free (have_lock) dup @acsfd @acsmem
798 @c   set_inuse_bit_at_offset dup ok
799 @c   set_head dup ok
800 @c  mutex_unlock (arena mutex) dup @aculock
801 @c  _int_free (!have_lock) dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
803 The @code{realloc} function changes the size of the block whose address is
804 @var{ptr} to be @var{newsize}.
806 Since the space after the end of the block may be in use, @code{realloc}
807 may find it necessary to copy the block to a new address where more free
808 space is available.  The value of @code{realloc} is the new address of the
809 block.  If the block needs to be moved, @code{realloc} copies the old
810 contents.
812 If you pass a null pointer for @var{ptr}, @code{realloc} behaves just
813 like @samp{malloc (@var{newsize})}.  This can be convenient, but beware
814 that older implementations (before @w{ISO C}) may not support this
815 behavior, and will probably crash when @code{realloc} is passed a null
816 pointer.
817 @end deftypefun
819 Like @code{malloc}, @code{realloc} may return a null pointer if no
820 memory space is available to make the block bigger.  When this happens,
821 the original block is untouched; it has not been modified or relocated.
823 In most cases it makes no difference what happens to the original block
824 when @code{realloc} fails, because the application program cannot continue
825 when it is out of memory, and the only thing to do is to give a fatal error
826 message.  Often it is convenient to write and use a subroutine,
827 conventionally called @code{xrealloc}, that takes care of the error message
828 as @code{xmalloc} does for @code{malloc}:
830 @smallexample
831 void *
832 xrealloc (void *ptr, size_t size)
834   void *value = realloc (ptr, size);
835   if (value == 0)
836     fatal ("Virtual memory exhausted");
837   return value;
839 @end smallexample
841 You can also use @code{realloc} to make a block smaller.  The reason you
842 would do this is to avoid tying up a lot of memory space when only a little
843 is needed.
844 @comment The following is no longer true with the new malloc.
845 @comment But it seems wise to keep the warning for other implementations.
846 In several allocation implementations, making a block smaller sometimes
847 necessitates copying it, so it can fail if no other space is available.
849 If the new size you specify is the same as the old size, @code{realloc}
850 is guaranteed to change nothing and return the same address that you gave.
852 @node Allocating Cleared Space
853 @subsubsection Allocating Cleared Space
855 The function @code{calloc} allocates memory and clears it to zero.  It
856 is declared in @file{stdlib.h}.
857 @pindex stdlib.h
859 @comment malloc.h stdlib.h
860 @comment ISO
861 @deftypefun {void *} calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
862 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
863 @c Same caveats as malloc.
865 @c __libc_calloc @asulock @aculock @acsfd @acsmem
866 @c  *__malloc_hook dup unguarded
867 @c  memset dup ok
868 @c  arena_get @asulock @aculock @acsfd @acsmem
869 @c   arena_lock dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
870 @c  top dup ok
871 @c  chunksize dup ok
872 @c  heap_for_ptr dup ok
873 @c  _int_malloc dup @acsfd @acsmem
874 @c  arena_get_retry dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
875 @c  mutex_unlock dup @aculock
876 @c  mem2chunk dup ok
877 @c  chunk_is_mmapped dup ok
878 @c  MALLOC_ZERO ok
879 @c   memset dup ok
880 This function allocates a block long enough to contain a vector of
881 @var{count} elements, each of size @var{eltsize}.  Its contents are
882 cleared to zero before @code{calloc} returns.
883 @end deftypefun
885 You could define @code{calloc} as follows:
887 @smallexample
888 void *
889 calloc (size_t count, size_t eltsize)
891   size_t size = count * eltsize;
892   void *value = malloc (size);
893   if (value != 0)
894     memset (value, 0, size);
895   return value;
897 @end smallexample
899 But in general, it is not guaranteed that @code{calloc} calls
900 @code{malloc} internally.  Therefore, if an application provides its own
901 @code{malloc}/@code{realloc}/@code{free} outside the C library, it
902 should always define @code{calloc}, too.
904 @node Aligned Memory Blocks
905 @subsubsection Allocating Aligned Memory Blocks
907 @cindex page boundary
908 @cindex alignment (with @code{malloc})
909 @pindex stdlib.h
910 The address of a block returned by @code{malloc} or @code{realloc} in
911 @gnusystems{} is always a multiple of eight (or sixteen on 64-bit
912 systems).  If you need a block whose address is a multiple of a higher
913 power of two than that, use @code{aligned_alloc} or @code{posix_memalign}.
914 @code{aligned_alloc} and @code{posix_memalign} are declared in
915 @file{stdlib.h}.
917 @comment stdlib.h
918 @deftypefun {void *} aligned_alloc (size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
919 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
920 @c Alias to memalign.
921 The @code{aligned_alloc} function allocates a block of @var{size} bytes whose
922 address is a multiple of @var{alignment}.  The @var{alignment} must be a
923 power of two and @var{size} must be a multiple of @var{alignment}.
925 The @code{aligned_alloc} function returns a null pointer on error and sets
926 @code{errno} to one of the following values:
928 @table @code
929 @item ENOMEM
930 There was insufficient memory available to satisfy the request.
932 @item EINVAL
933 @var{alignment} is not a power of two.
935 This function was introduced in @w{ISO C11} and hence may have better
936 portability to modern non-POSIX systems than @code{posix_memalign}.
937 @end table
939 @end deftypefun
941 @comment malloc.h
942 @comment BSD
943 @deftypefun {void *} memalign (size_t @var{boundary}, size_t @var{size})
944 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
945 @c Same issues as malloc.  The padding bytes are safely freed in
946 @c _int_memalign, with the arena still locked.
948 @c __libc_memalign @asulock @aculock @acsfd @acsmem
949 @c  *__memalign_hook dup unguarded
950 @c  __libc_malloc dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
951 @c  arena_get dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
952 @c  _int_memalign @acsfd @acsmem
953 @c   _int_malloc dup @acsfd @acsmem
954 @c   checked_request2size dup ok
955 @c   mem2chunk dup ok
956 @c   chunksize dup ok
957 @c   chunk_is_mmapped dup ok
958 @c   set_head dup ok
959 @c   chunk2mem dup ok
960 @c   set_inuse_bit_at_offset dup ok
961 @c   set_head_size dup ok
962 @c   _int_free (have_lock) dup @acsfd @acsmem
963 @c   chunk_at_offset dup ok
964 @c   check_inuse_chunk dup ok
965 @c  arena_get_retry dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
966 @c  mutex_unlock dup @aculock
967 The @code{memalign} function allocates a block of @var{size} bytes whose
968 address is a multiple of @var{boundary}.  The @var{boundary} must be a
969 power of two!  The function @code{memalign} works by allocating a
970 somewhat larger block, and then returning an address within the block
971 that is on the specified boundary.
973 The @code{memalign} function returns a null pointer on error and sets
974 @code{errno} to one of the following values:
976 @table @code
977 @item ENOMEM
978 There was insufficient memory available to satisfy the request.
980 @item EINVAL
981 @var{boundary} is not a power of two.
983 @end table
985 The @code{memalign} function is obsolete and @code{aligned_alloc} or
986 @code{posix_memalign} should be used instead.
987 @end deftypefun
989 @comment stdlib.h
990 @comment POSIX
991 @deftypefun int posix_memalign (void **@var{memptr}, size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
992 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
993 @c Calls memalign unless the requirements are not met (powerof2 macro is
994 @c safe given an automatic variable as an argument) or there's a
995 @c memalign hook (accessed unguarded, but safely).
996 The @code{posix_memalign} function is similar to the @code{memalign}
997 function in that it returns a buffer of @var{size} bytes aligned to a
998 multiple of @var{alignment}.  But it adds one requirement to the
999 parameter @var{alignment}: the value must be a power of two multiple of
1000 @code{sizeof (void *)}.
1002 If the function succeeds in allocation memory a pointer to the allocated
1003 memory is returned in @code{*@var{memptr}} and the return value is zero.
1004 Otherwise the function returns an error value indicating the problem.
1005 The possible error values returned are:
1007 @table @code
1008 @item ENOMEM
1009 There was insufficient memory available to satisfy the request.
1011 @item EINVAL
1012 @var{alignment} is not a power of two multiple of @code{sizeof (void *)}.
1014 @end table
1016 This function was introduced in POSIX 1003.1d.  Although this function is
1017 superseded by @code{aligned_alloc}, it is more portable to older POSIX
1018 systems that do not support @w{ISO C11}.
1019 @end deftypefun
1021 @comment malloc.h stdlib.h
1022 @comment BSD
1023 @deftypefun {void *} valloc (size_t @var{size})
1024 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtuinit{}}@asunsafe{@asuinit{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
1025 @c __libc_valloc @mtuinit @asuinit @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1026 @c  ptmalloc_init (once) @mtsenv @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1027 @c   _dl_addr @asucorrupt? @aculock
1028 @c    __rtld_lock_lock_recursive (dl_load_lock) @asucorrupt? @aculock
1029 @c    _dl_find_dso_for_object ok, iterates over dl_ns and its _ns_loaded objs
1030 @c      the ok above assumes no partial updates on dl_ns and _ns_loaded
1031 @c      that could confuse a _dl_addr call in a signal handler
1032 @c     _dl_addr_inside_object ok
1033 @c    determine_info ok
1034 @c    __rtld_lock_unlock_recursive (dl_load_lock) @aculock
1035 @c   *_environ @mtsenv
1036 @c   next_env_entry ok
1037 @c   strcspn dup ok
1038 @c   __libc_mallopt dup @mtasuconst:mallopt [setting mp_]
1039 @c   __malloc_check_init @mtasuconst:malloc_hooks [setting hooks]
1040 @c   *__malloc_initialize_hook unguarded, ok
1041 @c  *__memalign_hook dup ok, unguarded
1042 @c  arena_get dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1043 @c  _int_valloc @acsfd @acsmem
1044 @c   malloc_consolidate dup ok
1045 @c   _int_memalign dup @acsfd @acsmem
1046 @c  arena_get_retry dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1047 @c  _int_memalign dup @acsfd @acsmem
1048 @c  mutex_unlock dup @aculock
1049 Using @code{valloc} is like using @code{memalign} and passing the page size
1050 as the value of the first argument.  It is implemented like this:
1052 @smallexample
1053 void *
1054 valloc (size_t size)
1056   return memalign (getpagesize (), size);
1058 @end smallexample
1060 @ref{Query Memory Parameters} for more information about the memory
1061 subsystem.
1063 The @code{valloc} function is obsolete and @code{aligned_alloc} or
1064 @code{posix_memalign} should be used instead.
1065 @end deftypefun
1067 @node Malloc Tunable Parameters
1068 @subsubsection Malloc Tunable Parameters
1070 You can adjust some parameters for dynamic memory allocation with the
1071 @code{mallopt} function.  This function is the general SVID/XPG
1072 interface, defined in @file{malloc.h}.
1073 @pindex malloc.h
1075 @deftypefun int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
1076 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtuinit{} @mtasuconst{:mallopt}}@asunsafe{@asuinit{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @aculock{}}}
1077 @c __libc_mallopt @mtuinit @mtasuconst:mallopt @asuinit @asulock @aculock
1078 @c  ptmalloc_init (once) dup @mtsenv @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1079 @c  mutex_lock (main_arena->mutex) @asulock @aculock
1080 @c  malloc_consolidate dup ok
1081 @c  set_max_fast ok
1082 @c  mutex_unlock dup @aculock
1084 When calling @code{mallopt}, the @var{param} argument specifies the
1085 parameter to be set, and @var{value} the new value to be set.  Possible
1086 choices for @var{param}, as defined in @file{malloc.h}, are:
1088 @comment TODO: @item M_CHECK_ACTION
1089 @vtable @code
1090 @item M_MMAP_MAX
1091 The maximum number of chunks to allocate with @code{mmap}.  Setting this
1092 to zero disables all use of @code{mmap}.
1094 The default value of this parameter is @code{65536}.
1096 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1097 environment variable @env{MALLOC_MMAP_MAX_} to the desired value.
1099 @item M_MMAP_THRESHOLD
1100 All chunks larger than this value are allocated outside the normal
1101 heap, using the @code{mmap} system call.  This way it is guaranteed
1102 that the memory for these chunks can be returned to the system on
1103 @code{free}.  Note that requests smaller than this threshold might still
1104 be allocated via @code{mmap}.
1106 If this parameter is not set, the default value is set as 128 KiB and the
1107 threshold is adjusted dynamically to suit the allocation patterns of the
1108 program. If the parameter is set, the dynamic adjustment is disabled and the
1109 value is set statically to the input value.
1111 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1112 environment variable @env{MALLOC_MMAP_THRESHOLD_} to the desired value.
1113 @comment TODO: @item M_MXFAST
1115 @item M_PERTURB
1116 If non-zero, memory blocks are filled with values depending on some
1117 low order bits of this parameter when they are allocated (except when
1118 allocated by @code{calloc}) and freed.  This can be used to debug the
1119 use of uninitialized or freed heap memory.  Note that this option does not
1120 guarantee that the freed block will have any specific values.  It only
1121 guarantees that the content the block had before it was freed will be
1122 overwritten.
1124 The default value of this parameter is @code{0}.
1126 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1127 environment variable @env{MALLOC_MMAP_PERTURB_} to the desired value.
1129 @item M_TOP_PAD
1130 This parameter determines the amount of extra memory to obtain from the system
1131 when an arena needs to be extended.  It also specifies the number of bytes to
1132 retain when shrinking an arena.  This provides the necessary hysteresis in heap
1133 size such that excessive amounts of system calls can be avoided.
1135 The default value of this parameter is @code{0}.
1137 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1138 environment variable @env{MALLOC_TOP_PAD_} to the desired value.
1140 @item M_TRIM_THRESHOLD
1141 This is the minimum size (in bytes) of the top-most, releasable chunk
1142 that will trigger a system call in order to return memory to the system.
1144 If this parameter is not set, the default value is set as 128 KiB and the
1145 threshold is adjusted dynamically to suit the allocation patterns of the
1146 program. If the parameter is set, the dynamic adjustment is disabled and the
1147 value is set statically to the provided input.
1149 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1150 environment variable @env{MALLOC_TRIM_THRESHOLD_} to the desired value.
1152 @item M_ARENA_TEST
1153 This parameter specifies the number of arenas that can be created before the
1154 test on the limit to the number of arenas is conducted. The value is ignored if
1155 @code{M_ARENA_MAX} is set.
1157 The default value of this parameter is 2 on 32-bit systems and 8 on 64-bit
1158 systems.
1160 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1161 environment variable @env{MALLOC_ARENA_TEST} to the desired value.
1163 @item M_ARENA_MAX
1164 This parameter sets the number of arenas to use regardless of the number of
1165 cores in the system.
1167 The default value of this tunable is @code{0}, meaning that the limit on the
1168 number of arenas is determined by the number of CPU cores online. For 32-bit
1169 systems the limit is twice the number of cores online and on 64-bit systems, it
1170 is eight times the number of cores online.  Note that the default value is not
1171 derived from the default value of M_ARENA_TEST and is computed independently.
1173 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1174 environment variable @env{MALLOC_ARENA_MAX} to the desired value.
1175 @end vtable
1177 @end deftypefun
1179 @node Heap Consistency Checking
1180 @subsubsection Heap Consistency Checking
1182 @cindex heap consistency checking
1183 @cindex consistency checking, of heap
1185 You can ask @code{malloc} to check the consistency of dynamic memory by
1186 using the @code{mcheck} function.  This function is a GNU extension,
1187 declared in @file{mcheck.h}.
1188 @pindex mcheck.h
1190 @comment mcheck.h
1191 @comment GNU
1192 @deftypefun int mcheck (void (*@var{abortfn}) (enum mcheck_status @var{status}))
1193 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:mcheck} @mtasuconst{:malloc_hooks}}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1194 @c The hooks must be set up before malloc is first used, which sort of
1195 @c implies @mtuinit/@asuinit but since the function is a no-op if malloc
1196 @c was already used, that doesn't pose any safety issues.  The actual
1197 @c problem is with the hooks, designed for single-threaded
1198 @c fully-synchronous operation: they manage an unguarded linked list of
1199 @c allocated blocks, and get temporarily overwritten before calling the
1200 @c allocation functions recursively while holding the old hooks.  There
1201 @c are no guards for thread safety, and inconsistent hooks may be found
1202 @c within signal handlers or left behind in case of cancellation.
1204 Calling @code{mcheck} tells @code{malloc} to perform occasional
1205 consistency checks.  These will catch things such as writing
1206 past the end of a block that was allocated with @code{malloc}.
1208 The @var{abortfn} argument is the function to call when an inconsistency
1209 is found.  If you supply a null pointer, then @code{mcheck} uses a
1210 default function which prints a message and calls @code{abort}
1211 (@pxref{Aborting a Program}).  The function you supply is called with
1212 one argument, which says what sort of inconsistency was detected; its
1213 type is described below.
1215 It is too late to begin allocation checking once you have allocated
1216 anything with @code{malloc}.  So @code{mcheck} does nothing in that
1217 case.  The function returns @code{-1} if you call it too late, and
1218 @code{0} otherwise (when it is successful).
1220 The easiest way to arrange to call @code{mcheck} early enough is to use
1221 the option @samp{-lmcheck} when you link your program; then you don't
1222 need to modify your program source at all.  Alternatively you might use
1223 a debugger to insert a call to @code{mcheck} whenever the program is
1224 started, for example these gdb commands will automatically call @code{mcheck}
1225 whenever the program starts:
1227 @smallexample
1228 (gdb) break main
1229 Breakpoint 1, main (argc=2, argv=0xbffff964) at whatever.c:10
1230 (gdb) command 1
1231 Type commands for when breakpoint 1 is hit, one per line.
1232 End with a line saying just "end".
1233 >call mcheck(0)
1234 >continue
1235 >end
1236 (gdb) @dots{}
1237 @end smallexample
1239 This will however only work if no initialization function of any object
1240 involved calls any of the @code{malloc} functions since @code{mcheck}
1241 must be called before the first such function.
1243 @end deftypefun
1245 @deftypefun {enum mcheck_status} mprobe (void *@var{pointer})
1246 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:mcheck} @mtasuconst{:malloc_hooks}}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1247 @c The linked list of headers may be modified concurrently by other
1248 @c threads, and it may find a partial update if called from a signal
1249 @c handler.  It's mostly read only, so cancelling it might be safe, but
1250 @c it will modify global state that, if cancellation hits at just the
1251 @c right spot, may be left behind inconsistent.  This path is only taken
1252 @c if checkhdr finds an inconsistency.  If the inconsistency could only
1253 @c occur because of earlier undefined behavior, that wouldn't be an
1254 @c additional safety issue problem, but because of the other concurrency
1255 @c issues in the mcheck hooks, the apparent inconsistency could be the
1256 @c result of mcheck's own internal data race.  So, AC-Unsafe it is.
1258 The @code{mprobe} function lets you explicitly check for inconsistencies
1259 in a particular allocated block.  You must have already called
1260 @code{mcheck} at the beginning of the program, to do its occasional
1261 checks; calling @code{mprobe} requests an additional consistency check
1262 to be done at the time of the call.
1264 The argument @var{pointer} must be a pointer returned by @code{malloc}
1265 or @code{realloc}.  @code{mprobe} returns a value that says what
1266 inconsistency, if any, was found.  The values are described below.
1267 @end deftypefun
1269 @deftp {Data Type} {enum mcheck_status}
1270 This enumerated type describes what kind of inconsistency was detected
1271 in an allocated block, if any.  Here are the possible values:
1273 @table @code
1274 @item MCHECK_DISABLED
1275 @code{mcheck} was not called before the first allocation.
1276 No consistency checking can be done.
1277 @item MCHECK_OK
1278 No inconsistency detected.
1279 @item MCHECK_HEAD
1280 The data immediately before the block was modified.
1281 This commonly happens when an array index or pointer
1282 is decremented too far.
1283 @item MCHECK_TAIL
1284 The data immediately after the block was modified.
1285 This commonly happens when an array index or pointer
1286 is incremented too far.
1287 @item MCHECK_FREE
1288 The block was already freed.
1289 @end table
1290 @end deftp
1292 Another possibility to check for and guard against bugs in the use of
1293 @code{malloc}, @code{realloc} and @code{free} is to set the environment
1294 variable @code{MALLOC_CHECK_}.  When @code{MALLOC_CHECK_} is set, a
1295 special (less efficient) implementation is used which is designed to be
1296 tolerant against simple errors, such as double calls of @code{free} with
1297 the same argument, or overruns of a single byte (off-by-one bugs).  Not
1298 all such errors can be protected against, however, and memory leaks can
1299 result.  If @code{MALLOC_CHECK_} is set to @code{0}, any detected heap
1300 corruption is silently ignored; if set to @code{1}, a diagnostic is
1301 printed on @code{stderr}; if set to @code{2}, @code{abort} is called
1302 immediately.  This can be useful because otherwise a crash may happen
1303 much later, and the true cause for the problem is then very hard to
1304 track down.
1306 There is one problem with @code{MALLOC_CHECK_}: in SUID or SGID binaries
1307 it could possibly be exploited since diverging from the normal programs
1308 behavior it now writes something to the standard error descriptor.
1309 Therefore the use of @code{MALLOC_CHECK_} is disabled by default for
1310 SUID and SGID binaries.  It can be enabled again by the system
1311 administrator by adding a file @file{/etc/suid-debug} (the content is
1312 not important it could be empty).
1314 So, what's the difference between using @code{MALLOC_CHECK_} and linking
1315 with @samp{-lmcheck}?  @code{MALLOC_CHECK_} is orthogonal with respect to
1316 @samp{-lmcheck}.  @samp{-lmcheck} has been added for backward
1317 compatibility.  Both @code{MALLOC_CHECK_} and @samp{-lmcheck} should
1318 uncover the same bugs - but using @code{MALLOC_CHECK_} you don't need to
1319 recompile your application.
1321 @node Hooks for Malloc
1322 @subsubsection Memory Allocation Hooks
1323 @cindex allocation hooks, for @code{malloc}
1325 @Theglibc{} lets you modify the behavior of @code{malloc},
1326 @code{realloc}, and @code{free} by specifying appropriate hook
1327 functions.  You can use these hooks to help you debug programs that use
1328 dynamic memory allocation, for example.
1330 The hook variables are declared in @file{malloc.h}.
1331 @pindex malloc.h
1333 @comment malloc.h
1334 @comment GNU
1335 @defvar __malloc_hook
1336 The value of this variable is a pointer to the function that
1337 @code{malloc} uses whenever it is called.  You should define this
1338 function to look like @code{malloc}; that is, like:
1340 @smallexample
1341 void *@var{function} (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1342 @end smallexample
1344 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1345 the @code{malloc} function was called.  This value allows you to trace
1346 the memory consumption of the program.
1347 @end defvar
1349 @comment malloc.h
1350 @comment GNU
1351 @defvar __realloc_hook
1352 The value of this variable is a pointer to function that @code{realloc}
1353 uses whenever it is called.  You should define this function to look
1354 like @code{realloc}; that is, like:
1356 @smallexample
1357 void *@var{function} (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1358 @end smallexample
1360 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1361 the @code{realloc} function was called.  This value allows you to trace the
1362 memory consumption of the program.
1363 @end defvar
1365 @comment malloc.h
1366 @comment GNU
1367 @defvar __free_hook
1368 The value of this variable is a pointer to function that @code{free}
1369 uses whenever it is called.  You should define this function to look
1370 like @code{free}; that is, like:
1372 @smallexample
1373 void @var{function} (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
1374 @end smallexample
1376 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1377 the @code{free} function was called.  This value allows you to trace the
1378 memory consumption of the program.
1379 @end defvar
1381 @comment malloc.h
1382 @comment GNU
1383 @defvar __memalign_hook
1384 The value of this variable is a pointer to function that @code{aligned_alloc},
1385 @code{memalign}, @code{posix_memalign} and @code{valloc} use whenever they
1386 are called.  You should define this function to look like @code{aligned_alloc};
1387 that is, like:
1389 @smallexample
1390 void *@var{function} (size_t @var{alignment}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1391 @end smallexample
1393 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1394 the @code{aligned_alloc}, @code{memalign}, @code{posix_memalign} or
1395 @code{valloc} functions are called.  This value allows you to trace the
1396 memory consumption of the program.
1397 @end defvar
1399 You must make sure that the function you install as a hook for one of
1400 these functions does not call that function recursively without restoring
1401 the old value of the hook first!  Otherwise, your program will get stuck
1402 in an infinite recursion.  Before calling the function recursively, one
1403 should make sure to restore all the hooks to their previous value.  When
1404 coming back from the recursive call, all the hooks should be resaved
1405 since a hook might modify itself.
1407 An issue to look out for is the time at which the malloc hook functions
1408 can be safely installed.  If the hook functions call the malloc-related
1409 functions recursively, it is necessary that malloc has already properly
1410 initialized itself at the time when @code{__malloc_hook} etc. is
1411 assigned to.  On the other hand, if the hook functions provide a
1412 complete malloc implementation of their own, it is vital that the hooks
1413 are assigned to @emph{before} the very first @code{malloc} call has
1414 completed, because otherwise a chunk obtained from the ordinary,
1415 un-hooked malloc may later be handed to @code{__free_hook}, for example.
1417 Here is an example showing how to use @code{__malloc_hook} and
1418 @code{__free_hook} properly.  It installs a function that prints out
1419 information every time @code{malloc} or @code{free} is called.  We just
1420 assume here that @code{realloc} and @code{memalign} are not used in our
1421 program.
1423 @smallexample
1424 /* Prototypes for __malloc_hook, __free_hook */
1425 #include <malloc.h>
1427 /* Prototypes for our hooks.  */
1428 static void my_init_hook (void);
1429 static void *my_malloc_hook (size_t, const void *);
1430 static void my_free_hook (void*, const void *);
1432 static void
1433 my_init (void)
1435   old_malloc_hook = __malloc_hook;
1436   old_free_hook = __free_hook;
1437   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1438   __free_hook = my_free_hook;
1441 static void *
1442 my_malloc_hook (size_t size, const void *caller)
1444   void *result;
1445   /* Restore all old hooks */
1446   __malloc_hook = old_malloc_hook;
1447   __free_hook = old_free_hook;
1448   /* Call recursively */
1449   result = malloc (size);
1450   /* Save underlying hooks */
1451   old_malloc_hook = __malloc_hook;
1452   old_free_hook = __free_hook;
1453   /* @r{@code{printf} might call @code{malloc}, so protect it too.} */
1454   printf ("malloc (%u) returns %p\n", (unsigned int) size, result);
1455   /* Restore our own hooks */
1456   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1457   __free_hook = my_free_hook;
1458   return result;
1461 static void
1462 my_free_hook (void *ptr, const void *caller)
1464   /* Restore all old hooks */
1465   __malloc_hook = old_malloc_hook;
1466   __free_hook = old_free_hook;
1467   /* Call recursively */
1468   free (ptr);
1469   /* Save underlying hooks */
1470   old_malloc_hook = __malloc_hook;
1471   old_free_hook = __free_hook;
1472   /* @r{@code{printf} might call @code{free}, so protect it too.} */
1473   printf ("freed pointer %p\n", ptr);
1474   /* Restore our own hooks */
1475   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1476   __free_hook = my_free_hook;
1479 main ()
1481   my_init ();
1482   @dots{}
1484 @end smallexample
1486 The @code{mcheck} function (@pxref{Heap Consistency Checking}) works by
1487 installing such hooks.
1489 @c __morecore, __after_morecore_hook are undocumented
1490 @c It's not clear whether to document them.
1492 @node Statistics of Malloc
1493 @subsubsection Statistics for Memory Allocation with @code{malloc}
1495 @cindex allocation statistics
1496 You can get information about dynamic memory allocation by calling the
1497 @code{mallinfo} function.  This function and its associated data type
1498 are declared in @file{malloc.h}; they are an extension of the standard
1499 SVID/XPG version.
1500 @pindex malloc.h
1502 @comment malloc.h
1503 @comment GNU
1504 @deftp {Data Type} {struct mallinfo}
1505 This structure type is used to return information about the dynamic
1506 memory allocator.  It contains the following members:
1508 @table @code
1509 @item int arena
1510 This is the total size of memory allocated with @code{sbrk} by
1511 @code{malloc}, in bytes.
1513 @item int ordblks
1514 This is the number of chunks not in use.  (The memory allocator
1515 internally gets chunks of memory from the operating system, and then
1516 carves them up to satisfy individual @code{malloc} requests;
1517 @pxref{The GNU Allocator}.)
1519 @item int smblks
1520 This field is unused.
1522 @item int hblks
1523 This is the total number of chunks allocated with @code{mmap}.
1525 @item int hblkhd
1526 This is the total size of memory allocated with @code{mmap}, in bytes.
1528 @item int usmblks
1529 This field is unused and always 0.
1531 @item int fsmblks
1532 This field is unused.
1534 @item int uordblks
1535 This is the total size of memory occupied by chunks handed out by
1536 @code{malloc}.
1538 @item int fordblks
1539 This is the total size of memory occupied by free (not in use) chunks.
1541 @item int keepcost
1542 This is the size of the top-most releasable chunk that normally
1543 borders the end of the heap (i.e., the high end of the virtual address
1544 space's data segment).
1546 @end table
1547 @end deftp
1549 @comment malloc.h
1550 @comment SVID
1551 @deftypefun {struct mallinfo} mallinfo (void)
1552 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtuinit{} @mtasuconst{:mallopt}}@asunsafe{@asuinit{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @aculock{}}}
1553 @c Accessing mp_.n_mmaps and mp_.max_mmapped_mem, modified with atomics
1554 @c but non-atomically elsewhere, may get us inconsistent results.  We
1555 @c mark the statistics as unsafe, rather than the fast-path functions
1556 @c that collect the possibly inconsistent data.
1558 @c __libc_mallinfo @mtuinit @mtasuconst:mallopt @asuinit @asulock @aculock
1559 @c  ptmalloc_init (once) dup @mtsenv @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1560 @c  mutex_lock dup @asulock @aculock
1561 @c  int_mallinfo @mtasuconst:mallopt [mp_ access on main_arena]
1562 @c   malloc_consolidate dup ok
1563 @c   check_malloc_state dup ok/disabled
1564 @c   chunksize dup ok
1565 @c   fastbin dupo ok
1566 @c   bin_at dup ok
1567 @c   last dup ok
1568 @c  mutex_unlock @aculock
1570 This function returns information about the current dynamic memory usage
1571 in a structure of type @code{struct mallinfo}.
1572 @end deftypefun
1574 @node Summary of Malloc
1575 @subsubsection Summary of @code{malloc}-Related Functions
1577 Here is a summary of the functions that work with @code{malloc}:
1579 @table @code
1580 @item void *malloc (size_t @var{size})
1581 Allocate a block of @var{size} bytes.  @xref{Basic Allocation}.
1583 @item void free (void *@var{addr})
1584 Free a block previously allocated by @code{malloc}.  @xref{Freeing after
1585 Malloc}.
1587 @item void *realloc (void *@var{addr}, size_t @var{size})
1588 Make a block previously allocated by @code{malloc} larger or smaller,
1589 possibly by copying it to a new location.  @xref{Changing Block Size}.
1591 @item void *calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
1592 Allocate a block of @var{count} * @var{eltsize} bytes using
1593 @code{malloc}, and set its contents to zero.  @xref{Allocating Cleared
1594 Space}.
1596 @item void *valloc (size_t @var{size})
1597 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on a page boundary.
1598 @xref{Aligned Memory Blocks}.
1600 @item void *aligned_alloc (size_t @var{size}, size_t @var{alignment})
1601 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1602 multiple of @var{alignment}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1604 @item int posix_memalign (void **@var{memptr}, size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
1605 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1606 multiple of @var{alignment}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1608 @item void *memalign (size_t @var{size}, size_t @var{boundary})
1609 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1610 multiple of @var{boundary}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1612 @item int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
1613 Adjust a tunable parameter.  @xref{Malloc Tunable Parameters}.
1615 @item int mcheck (void (*@var{abortfn}) (void))
1616 Tell @code{malloc} to perform occasional consistency checks on
1617 dynamically allocated memory, and to call @var{abortfn} when an
1618 inconsistency is found.  @xref{Heap Consistency Checking}.
1620 @item void *(*__malloc_hook) (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1621 A pointer to a function that @code{malloc} uses whenever it is called.
1623 @item void *(*__realloc_hook) (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1624 A pointer to a function that @code{realloc} uses whenever it is called.
1626 @item void (*__free_hook) (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
1627 A pointer to a function that @code{free} uses whenever it is called.
1629 @item void (*__memalign_hook) (size_t @var{size}, size_t @var{alignment}, const void *@var{caller})
1630 A pointer to a function that @code{aligned_alloc}, @code{memalign},
1631 @code{posix_memalign} and @code{valloc} use whenever they are called.
1633 @item struct mallinfo mallinfo (void)
1634 Return information about the current dynamic memory usage.
1635 @xref{Statistics of Malloc}.
1636 @end table
1638 @node Allocation Debugging
1639 @subsection Allocation Debugging
1640 @cindex allocation debugging
1641 @cindex malloc debugger
1643 A complicated task when programming with languages which do not use
1644 garbage collected dynamic memory allocation is to find memory leaks.
1645 Long running programs must ensure that dynamically allocated objects are
1646 freed at the end of their lifetime.  If this does not happen the system
1647 runs out of memory, sooner or later.
1649 The @code{malloc} implementation in @theglibc{} provides some
1650 simple means to detect such leaks and obtain some information to find
1651 the location.  To do this the application must be started in a special
1652 mode which is enabled by an environment variable.  There are no speed
1653 penalties for the program if the debugging mode is not enabled.
1655 @menu
1656 * Tracing malloc::               How to install the tracing functionality.
1657 * Using the Memory Debugger::    Example programs excerpts.
1658 * Tips for the Memory Debugger:: Some more or less clever ideas.
1659 * Interpreting the traces::      What do all these lines mean?
1660 @end menu
1662 @node Tracing malloc
1663 @subsubsection How to install the tracing functionality
1665 @comment mcheck.h
1666 @comment GNU
1667 @deftypefun void mtrace (void)
1668 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtsenv{} @mtasurace{:mtrace} @mtasuconst{:malloc_hooks} @mtuinit{}}@asunsafe{@asuinit{} @ascuheap{} @asucorrupt{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @acucorrupt{} @aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
1669 @c Like the mcheck hooks, these are not designed with thread safety in
1670 @c mind, because the hook pointers are temporarily modified without
1671 @c regard to other threads, signals or cancellation.
1673 @c mtrace @mtuinit @mtasurace:mtrace @mtsenv @asuinit @ascuheap @asucorrupt @acuinit @acucorrupt @aculock @acsfd @acsmem
1674 @c  __libc_secure_getenv dup @mtsenv
1675 @c  malloc dup @ascuheap @acsmem
1676 @c  fopen dup @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1677 @c  fcntl dup ok
1678 @c  setvbuf dup @aculock
1679 @c  fprintf dup (on newly-created stream) @aculock
1680 @c  __cxa_atexit (once) dup @asulock @aculock @acsmem
1681 @c  free dup @ascuheap @acsmem
1682 When the @code{mtrace} function is called it looks for an environment
1683 variable named @code{MALLOC_TRACE}.  This variable is supposed to
1684 contain a valid file name.  The user must have write access.  If the
1685 file already exists it is truncated.  If the environment variable is not
1686 set or it does not name a valid file which can be opened for writing
1687 nothing is done.  The behavior of @code{malloc} etc. is not changed.
1688 For obvious reasons this also happens if the application is installed
1689 with the SUID or SGID bit set.
1691 If the named file is successfully opened, @code{mtrace} installs special
1692 handlers for the functions @code{malloc}, @code{realloc}, and
1693 @code{free} (@pxref{Hooks for Malloc}).  From then on, all uses of these
1694 functions are traced and protocolled into the file.  There is now of
1695 course a speed penalty for all calls to the traced functions so tracing
1696 should not be enabled during normal use.
1698 This function is a GNU extension and generally not available on other
1699 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1700 @end deftypefun
1702 @comment mcheck.h
1703 @comment GNU
1704 @deftypefun void muntrace (void)
1705 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:mtrace} @mtasuconst{:malloc_hooks} @mtslocale{}}@asunsafe{@asucorrupt{} @ascuheap{}}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{} @aculock{} @acsfd{}}}
1707 @c muntrace @mtasurace:mtrace @mtslocale @asucorrupt @ascuheap @acucorrupt @acsmem @aculock @acsfd
1708 @c  fprintf (fputs) dup @mtslocale @asucorrupt @ascuheap @acsmem @aculock @acucorrupt
1709 @c  fclose dup @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1710 The @code{muntrace} function can be called after @code{mtrace} was used
1711 to enable tracing the @code{malloc} calls.  If no (successful) call of
1712 @code{mtrace} was made @code{muntrace} does nothing.
1714 Otherwise it deinstalls the handlers for @code{malloc}, @code{realloc},
1715 and @code{free} and then closes the protocol file.  No calls are
1716 protocolled anymore and the program runs again at full speed.
1718 This function is a GNU extension and generally not available on other
1719 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1720 @end deftypefun
1722 @node Using the Memory Debugger
1723 @subsubsection Example program excerpts
1725 Even though the tracing functionality does not influence the runtime
1726 behavior of the program it is not a good idea to call @code{mtrace} in
1727 all programs.  Just imagine that you debug a program using @code{mtrace}
1728 and all other programs used in the debugging session also trace their
1729 @code{malloc} calls.  The output file would be the same for all programs
1730 and thus is unusable.  Therefore one should call @code{mtrace} only if
1731 compiled for debugging.  A program could therefore start like this:
1733 @example
1734 #include <mcheck.h>
1737 main (int argc, char *argv[])
1739 #ifdef DEBUGGING
1740   mtrace ();
1741 #endif
1742   @dots{}
1744 @end example
1746 This is all that is needed if you want to trace the calls during the
1747 whole runtime of the program.  Alternatively you can stop the tracing at
1748 any time with a call to @code{muntrace}.  It is even possible to restart
1749 the tracing again with a new call to @code{mtrace}.  But this can cause
1750 unreliable results since there may be calls of the functions which are
1751 not called.  Please note that not only the application uses the traced
1752 functions, also libraries (including the C library itself) use these
1753 functions.
1755 This last point is also why it is not a good idea to call @code{muntrace}
1756 before the program terminates.  The libraries are informed about the
1757 termination of the program only after the program returns from
1758 @code{main} or calls @code{exit} and so cannot free the memory they use
1759 before this time.
1761 So the best thing one can do is to call @code{mtrace} as the very first
1762 function in the program and never call @code{muntrace}.  So the program
1763 traces almost all uses of the @code{malloc} functions (except those
1764 calls which are executed by constructors of the program or used
1765 libraries).
1767 @node Tips for the Memory Debugger
1768 @subsubsection Some more or less clever ideas
1770 You know the situation.  The program is prepared for debugging and in
1771 all debugging sessions it runs well.  But once it is started without
1772 debugging the error shows up.  A typical example is a memory leak that
1773 becomes visible only when we turn off the debugging.  If you foresee
1774 such situations you can still win.  Simply use something equivalent to
1775 the following little program:
1777 @example
1778 #include <mcheck.h>
1779 #include <signal.h>
1781 static void
1782 enable (int sig)
1784   mtrace ();
1785   signal (SIGUSR1, enable);
1788 static void
1789 disable (int sig)
1791   muntrace ();
1792   signal (SIGUSR2, disable);
1796 main (int argc, char *argv[])
1798   @dots{}
1800   signal (SIGUSR1, enable);
1801   signal (SIGUSR2, disable);
1803   @dots{}
1805 @end example
1807 I.e., the user can start the memory debugger any time s/he wants if the
1808 program was started with @code{MALLOC_TRACE} set in the environment.
1809 The output will of course not show the allocations which happened before
1810 the first signal but if there is a memory leak this will show up
1811 nevertheless.
1813 @node Interpreting the traces
1814 @subsubsection Interpreting the traces
1816 If you take a look at the output it will look similar to this:
1818 @example
1819 = Start
1820 @ [0x8048209] - 0x8064cc8
1821 @ [0x8048209] - 0x8064ce0
1822 @ [0x8048209] - 0x8064cf8
1823 @ [0x80481eb] + 0x8064c48 0x14
1824 @ [0x80481eb] + 0x8064c60 0x14
1825 @ [0x80481eb] + 0x8064c78 0x14
1826 @ [0x80481eb] + 0x8064c90 0x14
1827 = End
1828 @end example
1830 What this all means is not really important since the trace file is not
1831 meant to be read by a human.  Therefore no attention is given to
1832 readability.  Instead there is a program which comes with @theglibc{}
1833 which interprets the traces and outputs a summary in an
1834 user-friendly way.  The program is called @code{mtrace} (it is in fact a
1835 Perl script) and it takes one or two arguments.  In any case the name of
1836 the file with the trace output must be specified.  If an optional
1837 argument precedes the name of the trace file this must be the name of
1838 the program which generated the trace.
1840 @example
1841 drepper$ mtrace tst-mtrace log
1842 No memory leaks.
1843 @end example
1845 In this case the program @code{tst-mtrace} was run and it produced a
1846 trace file @file{log}.  The message printed by @code{mtrace} shows there
1847 are no problems with the code, all allocated memory was freed
1848 afterwards.
1850 If we call @code{mtrace} on the example trace given above we would get a
1851 different outout:
1853 @example
1854 drepper$ mtrace errlog
1855 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd 0x8048209
1856 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd 0x8048209
1857 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd 0x8048209
1859 Memory not freed:
1860 -----------------
1861    Address     Size     Caller
1862 0x08064c48     0x14  at 0x80481eb
1863 0x08064c60     0x14  at 0x80481eb
1864 0x08064c78     0x14  at 0x80481eb
1865 0x08064c90     0x14  at 0x80481eb
1866 @end example
1868 We have called @code{mtrace} with only one argument and so the script
1869 has no chance to find out what is meant with the addresses given in the
1870 trace.  We can do better:
1872 @example
1873 drepper$ mtrace tst errlog
1874 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1875 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1876 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1878 Memory not freed:
1879 -----------------
1880    Address     Size     Caller
1881 0x08064c48     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1882 0x08064c60     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1883 0x08064c78     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1884 0x08064c90     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1885 @end example
1887 Suddenly the output makes much more sense and the user can see
1888 immediately where the function calls causing the trouble can be found.
1890 Interpreting this output is not complicated.  There are at most two
1891 different situations being detected.  First, @code{free} was called for
1892 pointers which were never returned by one of the allocation functions.
1893 This is usually a very bad problem and what this looks like is shown in
1894 the first three lines of the output.  Situations like this are quite
1895 rare and if they appear they show up very drastically: the program
1896 normally crashes.
1898 The other situation which is much harder to detect are memory leaks.  As
1899 you can see in the output the @code{mtrace} function collects all this
1900 information and so can say that the program calls an allocation function
1901 from line 33 in the source file @file{/home/drepper/tst-mtrace.c} four
1902 times without freeing this memory before the program terminates.
1903 Whether this is a real problem remains to be investigated.
1905 @node Replacing malloc
1906 @subsection Replacing @code{malloc}
1908 @cindex @code{malloc} replacement
1909 @cindex @code{LD_PRELOAD} and @code{malloc}
1910 @cindex alternative @code{malloc} implementations
1911 @cindex customizing @code{malloc}
1912 @cindex interposing @code{malloc}
1913 @cindex preempting @code{malloc}
1914 @cindex replacing @code{malloc}
1915 @Theglibc{} supports replacing the built-in @code{malloc} implementation
1916 with a different allocator with the same interface.  For dynamically
1917 linked programs, this happens through ELF symbol interposition, either
1918 using shared object dependencies or @code{LD_PRELOAD}.  For static
1919 linking, the @code{malloc} replacement library must be linked in before
1920 linking against @code{libc.a} (explicitly or implicitly).
1922 @strong{Note:} Failure to provide a complete set of replacement
1923 functions (that is, all the functions used by the application,
1924 @theglibc{}, and other linked-in libraries) can lead to static linking
1925 failures, and, at run time, to heap corruption and application crashes.
1927 The minimum set of functions which has to be provided by a custom
1928 @code{malloc} is given in the table below.
1930 @table @code
1931 @item malloc
1932 @item free
1933 @item calloc
1934 @item realloc
1935 @end table
1937 These @code{malloc}-related functions are required for @theglibc{} to
1938 work.@footnote{Versions of @theglibc{} before 2.25 required that a
1939 custom @code{malloc} defines @code{__libc_memalign} (with the same
1940 interface as the @code{memalign} function).}
1942 The @code{malloc} implementation in @theglibc{} provides additional
1943 functionality not used by the library itself, but which is often used by
1944 other system libraries and applications.  A general-purpose replacement
1945 @code{malloc} implementation should provide definitions of these
1946 functions, too.  Their names are listed in the following table.
1948 @table @code
1949 @item aligned_alloc
1950 @item malloc_usable_size
1951 @item memalign
1952 @item posix_memalign
1953 @item pvalloc
1954 @item valloc
1955 @end table
1957 In addition, very old applications may use the obsolete @code{cfree}
1958 function.
1960 Further @code{malloc}-related functions such as @code{mallopt} or
1961 @code{mallinfo} will not have any effect or return incorrect statistics
1962 when a replacement @code{malloc} is in use.  However, failure to replace
1963 these functions typically does not result in crashes or other incorrect
1964 application behavior, but may result in static linking failures.
1966 @node Obstacks
1967 @subsection Obstacks
1968 @cindex obstacks
1970 An @dfn{obstack} is a pool of memory containing a stack of objects.  You
1971 can create any number of separate obstacks, and then allocate objects in
1972 specified obstacks.  Within each obstack, the last object allocated must
1973 always be the first one freed, but distinct obstacks are independent of
1974 each other.
1976 Aside from this one constraint of order of freeing, obstacks are totally
1977 general: an obstack can contain any number of objects of any size.  They
1978 are implemented with macros, so allocation is usually very fast as long as
1979 the objects are usually small.  And the only space overhead per object is
1980 the padding needed to start each object on a suitable boundary.
1982 @menu
1983 * Creating Obstacks::           How to declare an obstack in your program.
1984 * Preparing for Obstacks::      Preparations needed before you can
1985                                  use obstacks.
1986 * Allocation in an Obstack::    Allocating objects in an obstack.
1987 * Freeing Obstack Objects::     Freeing objects in an obstack.
1988 * Obstack Functions::           The obstack functions are both
1989                                  functions and macros.
1990 * Growing Objects::             Making an object bigger by stages.
1991 * Extra Fast Growing::          Extra-high-efficiency (though more
1992                                  complicated) growing objects.
1993 * Status of an Obstack::        Inquiries about the status of an obstack.
1994 * Obstacks Data Alignment::     Controlling alignment of objects in obstacks.
1995 * Obstack Chunks::              How obstacks obtain and release chunks;
1996                                  efficiency considerations.
1997 * Summary of Obstacks::
1998 @end menu
2000 @node Creating Obstacks
2001 @subsubsection Creating Obstacks
2003 The utilities for manipulating obstacks are declared in the header
2004 file @file{obstack.h}.
2005 @pindex obstack.h
2007 @comment obstack.h
2008 @comment GNU
2009 @deftp {Data Type} {struct obstack}
2010 An obstack is represented by a data structure of type @code{struct
2011 obstack}.  This structure has a small fixed size; it records the status
2012 of the obstack and how to find the space in which objects are allocated.
2013 It does not contain any of the objects themselves.  You should not try
2014 to access the contents of the structure directly; use only the functions
2015 described in this chapter.
2016 @end deftp
2018 You can declare variables of type @code{struct obstack} and use them as
2019 obstacks, or you can allocate obstacks dynamically like any other kind
2020 of object.  Dynamic allocation of obstacks allows your program to have a
2021 variable number of different stacks.  (You can even allocate an
2022 obstack structure in another obstack, but this is rarely useful.)
2024 All the functions that work with obstacks require you to specify which
2025 obstack to use.  You do this with a pointer of type @code{struct obstack
2026 *}.  In the following, we often say ``an obstack'' when strictly
2027 speaking the object at hand is such a pointer.
2029 The objects in the obstack are packed into large blocks called
2030 @dfn{chunks}.  The @code{struct obstack} structure points to a chain of
2031 the chunks currently in use.
2033 The obstack library obtains a new chunk whenever you allocate an object
2034 that won't fit in the previous chunk.  Since the obstack library manages
2035 chunks automatically, you don't need to pay much attention to them, but
2036 you do need to supply a function which the obstack library should use to
2037 get a chunk.  Usually you supply a function which uses @code{malloc}
2038 directly or indirectly.  You must also supply a function to free a chunk.
2039 These matters are described in the following section.
2041 @node Preparing for Obstacks
2042 @subsubsection Preparing for Using Obstacks
2044 Each source file in which you plan to use the obstack functions
2045 must include the header file @file{obstack.h}, like this:
2047 @smallexample
2048 #include <obstack.h>
2049 @end smallexample
2051 @findex obstack_chunk_alloc
2052 @findex obstack_chunk_free
2053 Also, if the source file uses the macro @code{obstack_init}, it must
2054 declare or define two functions or macros that will be called by the
2055 obstack library.  One, @code{obstack_chunk_alloc}, is used to allocate
2056 the chunks of memory into which objects are packed.  The other,
2057 @code{obstack_chunk_free}, is used to return chunks when the objects in
2058 them are freed.  These macros should appear before any use of obstacks
2059 in the source file.
2061 Usually these are defined to use @code{malloc} via the intermediary
2062 @code{xmalloc} (@pxref{Unconstrained Allocation}).  This is done with
2063 the following pair of macro definitions:
2065 @smallexample
2066 #define obstack_chunk_alloc xmalloc
2067 #define obstack_chunk_free free
2068 @end smallexample
2070 @noindent
2071 Though the memory you get using obstacks really comes from @code{malloc},
2072 using obstacks is faster because @code{malloc} is called less often, for
2073 larger blocks of memory.  @xref{Obstack Chunks}, for full details.
2075 At run time, before the program can use a @code{struct obstack} object
2076 as an obstack, it must initialize the obstack by calling
2077 @code{obstack_init}.
2079 @comment obstack.h
2080 @comment GNU
2081 @deftypefun int obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2082 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{@acsmem{}}}
2083 @c obstack_init @mtsrace:obstack-ptr @acsmem
2084 @c  _obstack_begin @acsmem
2085 @c    chunkfun = obstack_chunk_alloc (suggested malloc)
2086 @c    freefun = obstack_chunk_free (suggested free)
2087 @c   *chunkfun @acsmem
2088 @c    obstack_chunk_alloc user-supplied
2089 @c   *obstack_alloc_failed_handler user-supplied
2090 @c    -> print_and_abort (default)
2092 @c print_and_abort
2093 @c  _ dup @ascuintl
2094 @c  fxprintf dup @asucorrupt @aculock @acucorrupt
2095 @c  exit @acucorrupt?
2096 Initialize obstack @var{obstack-ptr} for allocation of objects.  This
2097 function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function.  If
2098 allocation of memory fails, the function pointed to by
2099 @code{obstack_alloc_failed_handler} is called.  The @code{obstack_init}
2100 function always returns 1 (Compatibility notice: Former versions of
2101 obstack returned 0 if allocation failed).
2102 @end deftypefun
2104 Here are two examples of how to allocate the space for an obstack and
2105 initialize it.  First, an obstack that is a static variable:
2107 @smallexample
2108 static struct obstack myobstack;
2109 @dots{}
2110 obstack_init (&myobstack);
2111 @end smallexample
2113 @noindent
2114 Second, an obstack that is itself dynamically allocated:
2116 @smallexample
2117 struct obstack *myobstack_ptr
2118   = (struct obstack *) xmalloc (sizeof (struct obstack));
2120 obstack_init (myobstack_ptr);
2121 @end smallexample
2123 @comment obstack.h
2124 @comment GNU
2125 @defvar obstack_alloc_failed_handler
2126 The value of this variable is a pointer to a function that
2127 @code{obstack} uses when @code{obstack_chunk_alloc} fails to allocate
2128 memory.  The default action is to print a message and abort.
2129 You should supply a function that either calls @code{exit}
2130 (@pxref{Program Termination}) or @code{longjmp} (@pxref{Non-Local
2131 Exits}) and doesn't return.
2133 @smallexample
2134 void my_obstack_alloc_failed (void)
2135 @dots{}
2136 obstack_alloc_failed_handler = &my_obstack_alloc_failed;
2137 @end smallexample
2139 @end defvar
2141 @node Allocation in an Obstack
2142 @subsubsection Allocation in an Obstack
2143 @cindex allocation (obstacks)
2145 The most direct way to allocate an object in an obstack is with
2146 @code{obstack_alloc}, which is invoked almost like @code{malloc}.
2148 @comment obstack.h
2149 @comment GNU
2150 @deftypefun {void *} obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2151 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2152 @c obstack_alloc @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2153 @c  obstack_blank dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2154 @c  obstack_finish dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2155 This allocates an uninitialized block of @var{size} bytes in an obstack
2156 and returns its address.  Here @var{obstack-ptr} specifies which obstack
2157 to allocate the block in; it is the address of the @code{struct obstack}
2158 object which represents the obstack.  Each obstack function or macro
2159 requires you to specify an @var{obstack-ptr} as the first argument.
2161 This function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function if
2162 it needs to allocate a new chunk of memory; it calls
2163 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
2164 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
2165 @end deftypefun
2167 For example, here is a function that allocates a copy of a string @var{str}
2168 in a specific obstack, which is in the variable @code{string_obstack}:
2170 @smallexample
2171 struct obstack string_obstack;
2173 char *
2174 copystring (char *string)
2176   size_t len = strlen (string) + 1;
2177   char *s = (char *) obstack_alloc (&string_obstack, len);
2178   memcpy (s, string, len);
2179   return s;
2181 @end smallexample
2183 To allocate a block with specified contents, use the function
2184 @code{obstack_copy}, declared like this:
2186 @comment obstack.h
2187 @comment GNU
2188 @deftypefun {void *} obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2189 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2190 @c obstack_copy @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2191 @c  obstack_grow dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2192 @c  obstack_finish dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2193 This allocates a block and initializes it by copying @var{size}
2194 bytes of data starting at @var{address}.  It calls
2195 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
2196 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
2197 @end deftypefun
2199 @comment obstack.h
2200 @comment GNU
2201 @deftypefun {void *} obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2202 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2203 @c obstack_copy0 @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2204 @c  obstack_grow0 dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2205 @c  obstack_finish dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2206 Like @code{obstack_copy}, but appends an extra byte containing a null
2207 character.  This extra byte is not counted in the argument @var{size}.
2208 @end deftypefun
2210 The @code{obstack_copy0} function is convenient for copying a sequence
2211 of characters into an obstack as a null-terminated string.  Here is an
2212 example of its use:
2214 @smallexample
2215 char *
2216 obstack_savestring (char *addr, int size)
2218   return obstack_copy0 (&myobstack, addr, size);
2220 @end smallexample
2222 @noindent
2223 Contrast this with the previous example of @code{savestring} using
2224 @code{malloc} (@pxref{Basic Allocation}).
2226 @node Freeing Obstack Objects
2227 @subsubsection Freeing Objects in an Obstack
2228 @cindex freeing (obstacks)
2230 To free an object allocated in an obstack, use the function
2231 @code{obstack_free}.  Since the obstack is a stack of objects, freeing
2232 one object automatically frees all other objects allocated more recently
2233 in the same obstack.
2235 @comment obstack.h
2236 @comment GNU
2237 @deftypefun void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
2238 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
2239 @c obstack_free @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2240 @c  (obstack_free) @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2241 @c   *freefun dup user-supplied
2242 If @var{object} is a null pointer, everything allocated in the obstack
2243 is freed.  Otherwise, @var{object} must be the address of an object
2244 allocated in the obstack.  Then @var{object} is freed, along with
2245 everything allocated in @var{obstack-ptr} since @var{object}.
2246 @end deftypefun
2248 Note that if @var{object} is a null pointer, the result is an
2249 uninitialized obstack.  To free all memory in an obstack but leave it
2250 valid for further allocation, call @code{obstack_free} with the address
2251 of the first object allocated on the obstack:
2253 @smallexample
2254 obstack_free (obstack_ptr, first_object_allocated_ptr);
2255 @end smallexample
2257 Recall that the objects in an obstack are grouped into chunks.  When all
2258 the objects in a chunk become free, the obstack library automatically
2259 frees the chunk (@pxref{Preparing for Obstacks}).  Then other
2260 obstacks, or non-obstack allocation, can reuse the space of the chunk.
2262 @node Obstack Functions
2263 @subsubsection Obstack Functions and Macros
2264 @cindex macros
2266 The interfaces for using obstacks may be defined either as functions or
2267 as macros, depending on the compiler.  The obstack facility works with
2268 all C compilers, including both @w{ISO C} and traditional C, but there are
2269 precautions you must take if you plan to use compilers other than GNU C.
2271 If you are using an old-fashioned @w{non-ISO C} compiler, all the obstack
2272 ``functions'' are actually defined only as macros.  You can call these
2273 macros like functions, but you cannot use them in any other way (for
2274 example, you cannot take their address).
2276 Calling the macros requires a special precaution: namely, the first
2277 operand (the obstack pointer) may not contain any side effects, because
2278 it may be computed more than once.  For example, if you write this:
2280 @smallexample
2281 obstack_alloc (get_obstack (), 4);
2282 @end smallexample
2284 @noindent
2285 you will find that @code{get_obstack} may be called several times.
2286 If you use @code{*obstack_list_ptr++} as the obstack pointer argument,
2287 you will get very strange results since the incrementation may occur
2288 several times.
2290 In @w{ISO C}, each function has both a macro definition and a function
2291 definition.  The function definition is used if you take the address of the
2292 function without calling it.  An ordinary call uses the macro definition by
2293 default, but you can request the function definition instead by writing the
2294 function name in parentheses, as shown here:
2296 @smallexample
2297 char *x;
2298 void *(*funcp) ();
2299 /* @r{Use the macro}.  */
2300 x = (char *) obstack_alloc (obptr, size);
2301 /* @r{Call the function}.  */
2302 x = (char *) (obstack_alloc) (obptr, size);
2303 /* @r{Take the address of the function}.  */
2304 funcp = obstack_alloc;
2305 @end smallexample
2307 @noindent
2308 This is the same situation that exists in @w{ISO C} for the standard library
2309 functions.  @xref{Macro Definitions}.
2311 @strong{Warning:} When you do use the macros, you must observe the
2312 precaution of avoiding side effects in the first operand, even in @w{ISO C}.
2314 If you use the GNU C compiler, this precaution is not necessary, because
2315 various language extensions in GNU C permit defining the macros so as to
2316 compute each argument only once.
2318 @node Growing Objects
2319 @subsubsection Growing Objects
2320 @cindex growing objects (in obstacks)
2321 @cindex changing the size of a block (obstacks)
2323 Because memory in obstack chunks is used sequentially, it is possible to
2324 build up an object step by step, adding one or more bytes at a time to the
2325 end of the object.  With this technique, you do not need to know how much
2326 data you will put in the object until you come to the end of it.  We call
2327 this the technique of @dfn{growing objects}.  The special functions
2328 for adding data to the growing object are described in this section.
2330 You don't need to do anything special when you start to grow an object.
2331 Using one of the functions to add data to the object automatically
2332 starts it.  However, it is necessary to say explicitly when the object is
2333 finished.  This is done with the function @code{obstack_finish}.
2335 The actual address of the object thus built up is not known until the
2336 object is finished.  Until then, it always remains possible that you will
2337 add so much data that the object must be copied into a new chunk.
2339 While the obstack is in use for a growing object, you cannot use it for
2340 ordinary allocation of another object.  If you try to do so, the space
2341 already added to the growing object will become part of the other object.
2343 @comment obstack.h
2344 @comment GNU
2345 @deftypefun void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2346 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2347 @c obstack_blank @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2348 @c  _obstack_newchunk @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2349 @c   *chunkfun dup @acsmem
2350 @c   *obstack_alloc_failed_handler dup user-supplied
2351 @c   *freefun
2352 @c  obstack_blank_fast dup @mtsrace:obstack-ptr
2353 The most basic function for adding to a growing object is
2354 @code{obstack_blank}, which adds space without initializing it.
2355 @end deftypefun
2357 @comment obstack.h
2358 @comment GNU
2359 @deftypefun void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
2360 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2361 @c obstack_grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2362 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2363 @c  memcpy ok
2364 To add a block of initialized space, use @code{obstack_grow}, which is
2365 the growing-object analogue of @code{obstack_copy}.  It adds @var{size}
2366 bytes of data to the growing object, copying the contents from
2367 @var{data}.
2368 @end deftypefun
2370 @comment obstack.h
2371 @comment GNU
2372 @deftypefun void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
2373 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2374 @c obstack_grow0 @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2375 @c   (no sequence point between storing NUL and incrementing next_free)
2376 @c   (multiple changes to next_free => @acucorrupt)
2377 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2378 @c  memcpy ok
2379 This is the growing-object analogue of @code{obstack_copy0}.  It adds
2380 @var{size} bytes copied from @var{data}, followed by an additional null
2381 character.
2382 @end deftypefun
2384 @comment obstack.h
2385 @comment GNU
2386 @deftypefun void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
2387 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2388 @c obstack_1grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2389 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2390 @c  obstack_1grow_fast dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2391 To add one character at a time, use the function @code{obstack_1grow}.
2392 It adds a single byte containing @var{c} to the growing object.
2393 @end deftypefun
2395 @comment obstack.h
2396 @comment GNU
2397 @deftypefun void obstack_ptr_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
2398 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2399 @c obstack_ptr_grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2400 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2401 @c  obstack_ptr_grow_fast dup @mtsrace:obstack-ptr
2402 Adding the value of a pointer one can use the function
2403 @code{obstack_ptr_grow}.  It adds @code{sizeof (void *)} bytes
2404 containing the value of @var{data}.
2405 @end deftypefun
2407 @comment obstack.h
2408 @comment GNU
2409 @deftypefun void obstack_int_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
2410 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2411 @c obstack_int_grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2412 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2413 @c  obstack_int_grow_fast dup @mtsrace:obstack-ptr
2414 A single value of type @code{int} can be added by using the
2415 @code{obstack_int_grow} function.  It adds @code{sizeof (int)} bytes to
2416 the growing object and initializes them with the value of @var{data}.
2417 @end deftypefun
2419 @comment obstack.h
2420 @comment GNU
2421 @deftypefun {void *} obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2422 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
2423 @c obstack_finish @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2424 When you are finished growing the object, use the function
2425 @code{obstack_finish} to close it off and return its final address.
2427 Once you have finished the object, the obstack is available for ordinary
2428 allocation or for growing another object.
2430 This function can return a null pointer under the same conditions as
2431 @code{obstack_alloc} (@pxref{Allocation in an Obstack}).
2432 @end deftypefun
2434 When you build an object by growing it, you will probably need to know
2435 afterward how long it became.  You need not keep track of this as you grow
2436 the object, because you can find out the length from the obstack just
2437 before finishing the object with the function @code{obstack_object_size},
2438 declared as follows:
2440 @comment obstack.h
2441 @comment GNU
2442 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2443 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2444 This function returns the current size of the growing object, in bytes.
2445 Remember to call this function @emph{before} finishing the object.
2446 After it is finished, @code{obstack_object_size} will return zero.
2447 @end deftypefun
2449 If you have started growing an object and wish to cancel it, you should
2450 finish it and then free it, like this:
2452 @smallexample
2453 obstack_free (obstack_ptr, obstack_finish (obstack_ptr));
2454 @end smallexample
2456 @noindent
2457 This has no effect if no object was growing.
2459 @cindex shrinking objects
2460 You can use @code{obstack_blank} with a negative size argument to make
2461 the current object smaller.  Just don't try to shrink it beyond zero
2462 length---there's no telling what will happen if you do that.
2464 @node Extra Fast Growing
2465 @subsubsection Extra Fast Growing Objects
2466 @cindex efficiency and obstacks
2468 The usual functions for growing objects incur overhead for checking
2469 whether there is room for the new growth in the current chunk.  If you
2470 are frequently constructing objects in small steps of growth, this
2471 overhead can be significant.
2473 You can reduce the overhead by using special ``fast growth''
2474 functions that grow the object without checking.  In order to have a
2475 robust program, you must do the checking yourself.  If you do this checking
2476 in the simplest way each time you are about to add data to the object, you
2477 have not saved anything, because that is what the ordinary growth
2478 functions do.  But if you can arrange to check less often, or check
2479 more efficiently, then you make the program faster.
2481 The function @code{obstack_room} returns the amount of room available
2482 in the current chunk.  It is declared as follows:
2484 @comment obstack.h
2485 @comment GNU
2486 @deftypefun int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2487 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2488 This returns the number of bytes that can be added safely to the current
2489 growing object (or to an object about to be started) in obstack
2490 @var{obstack-ptr} using the fast growth functions.
2491 @end deftypefun
2493 While you know there is room, you can use these fast growth functions
2494 for adding data to a growing object:
2496 @comment obstack.h
2497 @comment GNU
2498 @deftypefun void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
2499 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2500 @c obstack_1grow_fast @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2501 @c   (no sequence point between copying c and incrementing next_free)
2502 The function @code{obstack_1grow_fast} adds one byte containing the
2503 character @var{c} to the growing object in obstack @var{obstack-ptr}.
2504 @end deftypefun
2506 @comment obstack.h
2507 @comment GNU
2508 @deftypefun void obstack_ptr_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
2509 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2510 @c obstack_ptr_grow_fast @mtsrace:obstack-ptr
2511 The function @code{obstack_ptr_grow_fast} adds @code{sizeof (void *)}
2512 bytes containing the value of @var{data} to the growing object in
2513 obstack @var{obstack-ptr}.
2514 @end deftypefun
2516 @comment obstack.h
2517 @comment GNU
2518 @deftypefun void obstack_int_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
2519 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2520 @c obstack_int_grow_fast @mtsrace:obstack-ptr
2521 The function @code{obstack_int_grow_fast} adds @code{sizeof (int)} bytes
2522 containing the value of @var{data} to the growing object in obstack
2523 @var{obstack-ptr}.
2524 @end deftypefun
2526 @comment obstack.h
2527 @comment GNU
2528 @deftypefun void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2529 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2530 @c obstack_blank_fast @mtsrace:obstack-ptr
2531 The function @code{obstack_blank_fast} adds @var{size} bytes to the
2532 growing object in obstack @var{obstack-ptr} without initializing them.
2533 @end deftypefun
2535 When you check for space using @code{obstack_room} and there is not
2536 enough room for what you want to add, the fast growth functions
2537 are not safe.  In this case, simply use the corresponding ordinary
2538 growth function instead.  Very soon this will copy the object to a
2539 new chunk; then there will be lots of room available again.
2541 So, each time you use an ordinary growth function, check afterward for
2542 sufficient space using @code{obstack_room}.  Once the object is copied
2543 to a new chunk, there will be plenty of space again, so the program will
2544 start using the fast growth functions again.
2546 Here is an example:
2548 @smallexample
2549 @group
2550 void
2551 add_string (struct obstack *obstack, const char *ptr, int len)
2553   while (len > 0)
2554     @{
2555       int room = obstack_room (obstack);
2556       if (room == 0)
2557         @{
2558           /* @r{Not enough room.  Add one character slowly,}
2559              @r{which may copy to a new chunk and make room.}  */
2560           obstack_1grow (obstack, *ptr++);
2561           len--;
2562         @}
2563       else
2564         @{
2565           if (room > len)
2566             room = len;
2567           /* @r{Add fast as much as we have room for.} */
2568           len -= room;
2569           while (room-- > 0)
2570             obstack_1grow_fast (obstack, *ptr++);
2571         @}
2572     @}
2574 @end group
2575 @end smallexample
2577 @node Status of an Obstack
2578 @subsubsection Status of an Obstack
2579 @cindex obstack status
2580 @cindex status of obstack
2582 Here are functions that provide information on the current status of
2583 allocation in an obstack.  You can use them to learn about an object while
2584 still growing it.
2586 @comment obstack.h
2587 @comment GNU
2588 @deftypefun {void *} obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2589 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acsafe{}}
2590 This function returns the tentative address of the beginning of the
2591 currently growing object in @var{obstack-ptr}.  If you finish the object
2592 immediately, it will have that address.  If you make it larger first, it
2593 may outgrow the current chunk---then its address will change!
2595 If no object is growing, this value says where the next object you
2596 allocate will start (once again assuming it fits in the current
2597 chunk).
2598 @end deftypefun
2600 @comment obstack.h
2601 @comment GNU
2602 @deftypefun {void *} obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2603 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acsafe{}}
2604 This function returns the address of the first free byte in the current
2605 chunk of obstack @var{obstack-ptr}.  This is the end of the currently
2606 growing object.  If no object is growing, @code{obstack_next_free}
2607 returns the same value as @code{obstack_base}.
2608 @end deftypefun
2610 @comment obstack.h
2611 @comment GNU
2612 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2613 @c dup
2614 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2615 This function returns the size in bytes of the currently growing object.
2616 This is equivalent to
2618 @smallexample
2619 obstack_next_free (@var{obstack-ptr}) - obstack_base (@var{obstack-ptr})
2620 @end smallexample
2621 @end deftypefun
2623 @node Obstacks Data Alignment
2624 @subsubsection Alignment of Data in Obstacks
2625 @cindex alignment (in obstacks)
2627 Each obstack has an @dfn{alignment boundary}; each object allocated in
2628 the obstack automatically starts on an address that is a multiple of the
2629 specified boundary.  By default, this boundary is aligned so that
2630 the object can hold any type of data.
2632 To access an obstack's alignment boundary, use the macro
2633 @code{obstack_alignment_mask}, whose function prototype looks like
2634 this:
2636 @comment obstack.h
2637 @comment GNU
2638 @deftypefn Macro int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2639 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2640 The value is a bit mask; a bit that is 1 indicates that the corresponding
2641 bit in the address of an object should be 0.  The mask value should be one
2642 less than a power of 2; the effect is that all object addresses are
2643 multiples of that power of 2.  The default value of the mask is a value
2644 that allows aligned objects to hold any type of data: for example, if
2645 its value is 3, any type of data can be stored at locations whose
2646 addresses are multiples of 4.  A mask value of 0 means an object can start
2647 on any multiple of 1 (that is, no alignment is required).
2649 The expansion of the macro @code{obstack_alignment_mask} is an lvalue,
2650 so you can alter the mask by assignment.  For example, this statement:
2652 @smallexample
2653 obstack_alignment_mask (obstack_ptr) = 0;
2654 @end smallexample
2656 @noindent
2657 has the effect of turning off alignment processing in the specified obstack.
2658 @end deftypefn
2660 Note that a change in alignment mask does not take effect until
2661 @emph{after} the next time an object is allocated or finished in the
2662 obstack.  If you are not growing an object, you can make the new
2663 alignment mask take effect immediately by calling @code{obstack_finish}.
2664 This will finish a zero-length object and then do proper alignment for
2665 the next object.
2667 @node Obstack Chunks
2668 @subsubsection Obstack Chunks
2669 @cindex efficiency of chunks
2670 @cindex chunks
2672 Obstacks work by allocating space for themselves in large chunks, and
2673 then parceling out space in the chunks to satisfy your requests.  Chunks
2674 are normally 4096 bytes long unless you specify a different chunk size.
2675 The chunk size includes 8 bytes of overhead that are not actually used
2676 for storing objects.  Regardless of the specified size, longer chunks
2677 will be allocated when necessary for long objects.
2679 The obstack library allocates chunks by calling the function
2680 @code{obstack_chunk_alloc}, which you must define.  When a chunk is no
2681 longer needed because you have freed all the objects in it, the obstack
2682 library frees the chunk by calling @code{obstack_chunk_free}, which you
2683 must also define.
2685 These two must be defined (as macros) or declared (as functions) in each
2686 source file that uses @code{obstack_init} (@pxref{Creating Obstacks}).
2687 Most often they are defined as macros like this:
2689 @smallexample
2690 #define obstack_chunk_alloc malloc
2691 #define obstack_chunk_free free
2692 @end smallexample
2694 Note that these are simple macros (no arguments).  Macro definitions with
2695 arguments will not work!  It is necessary that @code{obstack_chunk_alloc}
2696 or @code{obstack_chunk_free}, alone, expand into a function name if it is
2697 not itself a function name.
2699 If you allocate chunks with @code{malloc}, the chunk size should be a
2700 power of 2.  The default chunk size, 4096, was chosen because it is long
2701 enough to satisfy many typical requests on the obstack yet short enough
2702 not to waste too much memory in the portion of the last chunk not yet used.
2704 @comment obstack.h
2705 @comment GNU
2706 @deftypefn Macro int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2707 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2708 This returns the chunk size of the given obstack.
2709 @end deftypefn
2711 Since this macro expands to an lvalue, you can specify a new chunk size by
2712 assigning it a new value.  Doing so does not affect the chunks already
2713 allocated, but will change the size of chunks allocated for that particular
2714 obstack in the future.  It is unlikely to be useful to make the chunk size
2715 smaller, but making it larger might improve efficiency if you are
2716 allocating many objects whose size is comparable to the chunk size.  Here
2717 is how to do so cleanly:
2719 @smallexample
2720 if (obstack_chunk_size (obstack_ptr) < @var{new-chunk-size})
2721   obstack_chunk_size (obstack_ptr) = @var{new-chunk-size};
2722 @end smallexample
2724 @node Summary of Obstacks
2725 @subsubsection Summary of Obstack Functions
2727 Here is a summary of all the functions associated with obstacks.  Each
2728 takes the address of an obstack (@code{struct obstack *}) as its first
2729 argument.
2731 @table @code
2732 @item void obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2733 Initialize use of an obstack.  @xref{Creating Obstacks}.
2735 @item void *obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2736 Allocate an object of @var{size} uninitialized bytes.
2737 @xref{Allocation in an Obstack}.
2739 @item void *obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2740 Allocate an object of @var{size} bytes, with contents copied from
2741 @var{address}.  @xref{Allocation in an Obstack}.
2743 @item void *obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2744 Allocate an object of @var{size}+1 bytes, with @var{size} of them copied
2745 from @var{address}, followed by a null character at the end.
2746 @xref{Allocation in an Obstack}.
2748 @item void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
2749 Free @var{object} (and everything allocated in the specified obstack
2750 more recently than @var{object}).  @xref{Freeing Obstack Objects}.
2752 @item void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2753 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object.
2754 @xref{Growing Objects}.
2756 @item void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2757 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object.
2758 @xref{Growing Objects}.
2760 @item void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2761 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object,
2762 and then add another byte containing a null character.  @xref{Growing
2763 Objects}.
2765 @item void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2766 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object.
2767 @xref{Growing Objects}.
2769 @item void *obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2770 Finalize the object that is growing and return its permanent address.
2771 @xref{Growing Objects}.
2773 @item int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2774 Get the current size of the currently growing object.  @xref{Growing
2775 Objects}.
2777 @item void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2778 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object without checking
2779 that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2781 @item void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2782 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object without
2783 checking that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2785 @item int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2786 Get the amount of room now available for growing the current object.
2787 @xref{Extra Fast Growing}.
2789 @item int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2790 The mask used for aligning the beginning of an object.  This is an
2791 lvalue.  @xref{Obstacks Data Alignment}.
2793 @item int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2794 The size for allocating chunks.  This is an lvalue.  @xref{Obstack Chunks}.
2796 @item void *obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2797 Tentative starting address of the currently growing object.
2798 @xref{Status of an Obstack}.
2800 @item void *obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2801 Address just after the end of the currently growing object.
2802 @xref{Status of an Obstack}.
2803 @end table
2805 @node Variable Size Automatic
2806 @subsection Automatic Storage with Variable Size
2807 @cindex automatic freeing
2808 @cindex @code{alloca} function
2809 @cindex automatic storage with variable size
2811 The function @code{alloca} supports a kind of half-dynamic allocation in
2812 which blocks are allocated dynamically but freed automatically.
2814 Allocating a block with @code{alloca} is an explicit action; you can
2815 allocate as many blocks as you wish, and compute the size at run time.  But
2816 all the blocks are freed when you exit the function that @code{alloca} was
2817 called from, just as if they were automatic variables declared in that
2818 function.  There is no way to free the space explicitly.
2820 The prototype for @code{alloca} is in @file{stdlib.h}.  This function is
2821 a BSD extension.
2822 @pindex stdlib.h
2824 @comment stdlib.h
2825 @comment GNU, BSD
2826 @deftypefun {void *} alloca (size_t @var{size})
2827 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2828 The return value of @code{alloca} is the address of a block of @var{size}
2829 bytes of memory, allocated in the stack frame of the calling function.
2830 @end deftypefun
2832 Do not use @code{alloca} inside the arguments of a function call---you
2833 will get unpredictable results, because the stack space for the
2834 @code{alloca} would appear on the stack in the middle of the space for
2835 the function arguments.  An example of what to avoid is @code{foo (x,
2836 alloca (4), y)}.
2837 @c This might get fixed in future versions of GCC, but that won't make
2838 @c it safe with compilers generally.
2840 @menu
2841 * Alloca Example::              Example of using @code{alloca}.
2842 * Advantages of Alloca::        Reasons to use @code{alloca}.
2843 * Disadvantages of Alloca::     Reasons to avoid @code{alloca}.
2844 * GNU C Variable-Size Arrays::  Only in GNU C, here is an alternative
2845                                  method of allocating dynamically and
2846                                  freeing automatically.
2847 @end menu
2849 @node Alloca Example
2850 @subsubsection @code{alloca} Example
2852 As an example of the use of @code{alloca}, here is a function that opens
2853 a file name made from concatenating two argument strings, and returns a
2854 file descriptor or minus one signifying failure:
2856 @smallexample
2858 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2860   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2861   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2862   return open (name, flags, mode);
2864 @end smallexample
2866 @noindent
2867 Here is how you would get the same results with @code{malloc} and
2868 @code{free}:
2870 @smallexample
2872 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2874   char *name = (char *) malloc (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2875   int desc;
2876   if (name == 0)
2877     fatal ("virtual memory exceeded");
2878   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2879   desc = open (name, flags, mode);
2880   free (name);
2881   return desc;
2883 @end smallexample
2885 As you can see, it is simpler with @code{alloca}.  But @code{alloca} has
2886 other, more important advantages, and some disadvantages.
2888 @node Advantages of Alloca
2889 @subsubsection Advantages of @code{alloca}
2891 Here are the reasons why @code{alloca} may be preferable to @code{malloc}:
2893 @itemize @bullet
2894 @item
2895 Using @code{alloca} wastes very little space and is very fast.  (It is
2896 open-coded by the GNU C compiler.)
2898 @item
2899 Since @code{alloca} does not have separate pools for different sizes of
2900 blocks, space used for any size block can be reused for any other size.
2901 @code{alloca} does not cause memory fragmentation.
2903 @item
2904 @cindex longjmp
2905 Nonlocal exits done with @code{longjmp} (@pxref{Non-Local Exits})
2906 automatically free the space allocated with @code{alloca} when they exit
2907 through the function that called @code{alloca}.  This is the most
2908 important reason to use @code{alloca}.
2910 To illustrate this, suppose you have a function
2911 @code{open_or_report_error} which returns a descriptor, like
2912 @code{open}, if it succeeds, but does not return to its caller if it
2913 fails.  If the file cannot be opened, it prints an error message and
2914 jumps out to the command level of your program using @code{longjmp}.
2915 Let's change @code{open2} (@pxref{Alloca Example}) to use this
2916 subroutine:@refill
2918 @smallexample
2920 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2922   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2923   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2924   return open_or_report_error (name, flags, mode);
2926 @end smallexample
2928 @noindent
2929 Because of the way @code{alloca} works, the memory it allocates is
2930 freed even when an error occurs, with no special effort required.
2932 By contrast, the previous definition of @code{open2} (which uses
2933 @code{malloc} and @code{free}) would develop a memory leak if it were
2934 changed in this way.  Even if you are willing to make more changes to
2935 fix it, there is no easy way to do so.
2936 @end itemize
2938 @node Disadvantages of Alloca
2939 @subsubsection Disadvantages of @code{alloca}
2941 @cindex @code{alloca} disadvantages
2942 @cindex disadvantages of @code{alloca}
2943 These are the disadvantages of @code{alloca} in comparison with
2944 @code{malloc}:
2946 @itemize @bullet
2947 @item
2948 If you try to allocate more memory than the machine can provide, you
2949 don't get a clean error message.  Instead you get a fatal signal like
2950 the one you would get from an infinite recursion; probably a
2951 segmentation violation (@pxref{Program Error Signals}).
2953 @item
2954 Some @nongnusystems{} fail to support @code{alloca}, so it is less
2955 portable.  However, a slower emulation of @code{alloca} written in C
2956 is available for use on systems with this deficiency.
2957 @end itemize
2959 @node GNU C Variable-Size Arrays
2960 @subsubsection GNU C Variable-Size Arrays
2961 @cindex variable-sized arrays
2963 In GNU C, you can replace most uses of @code{alloca} with an array of
2964 variable size.  Here is how @code{open2} would look then:
2966 @smallexample
2967 int open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2969   char name[strlen (str1) + strlen (str2) + 1];
2970   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2971   return open (name, flags, mode);
2973 @end smallexample
2975 But @code{alloca} is not always equivalent to a variable-sized array, for
2976 several reasons:
2978 @itemize @bullet
2979 @item
2980 A variable size array's space is freed at the end of the scope of the
2981 name of the array.  The space allocated with @code{alloca}
2982 remains until the end of the function.
2984 @item
2985 It is possible to use @code{alloca} within a loop, allocating an
2986 additional block on each iteration.  This is impossible with
2987 variable-sized arrays.
2988 @end itemize
2990 @strong{NB:} If you mix use of @code{alloca} and variable-sized arrays
2991 within one function, exiting a scope in which a variable-sized array was
2992 declared frees all blocks allocated with @code{alloca} during the
2993 execution of that scope.
2996 @node Resizing the Data Segment
2997 @section Resizing the Data Segment
2999 The symbols in this section are declared in @file{unistd.h}.
3001 You will not normally use the functions in this section, because the
3002 functions described in @ref{Memory Allocation} are easier to use.  Those
3003 are interfaces to a @glibcadj{} memory allocator that uses the
3004 functions below itself.  The functions below are simple interfaces to
3005 system calls.
3007 @comment unistd.h
3008 @comment BSD
3009 @deftypefun int brk (void *@var{addr})
3010 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3012 @code{brk} sets the high end of the calling process' data segment to
3013 @var{addr}.
3015 The address of the end of a segment is defined to be the address of the
3016 last byte in the segment plus 1.
3018 The function has no effect if @var{addr} is lower than the low end of
3019 the data segment.  (This is considered success, by the way.)
3021 The function fails if it would cause the data segment to overlap another
3022 segment or exceed the process' data storage limit (@pxref{Limits on
3023 Resources}).
3025 The function is named for a common historical case where data storage
3026 and the stack are in the same segment.  Data storage allocation grows
3027 upward from the bottom of the segment while the stack grows downward
3028 toward it from the top of the segment and the curtain between them is
3029 called the @dfn{break}.
3031 The return value is zero on success.  On failure, the return value is
3032 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The following @code{errno}
3033 values are specific to this function:
3035 @table @code
3036 @item ENOMEM
3037 The request would cause the data segment to overlap another segment or
3038 exceed the process' data storage limit.
3039 @end table
3041 @c The Brk system call in Linux (as opposed to the GNU C Library function)
3042 @c is considerably different.  It always returns the new end of the data
3043 @c segment, whether it succeeds or fails.  The GNU C library Brk determines
3044 @c it's a failure if and only if the system call returns an address less
3045 @c than the address requested.
3047 @end deftypefun
3050 @comment unistd.h
3051 @comment BSD
3052 @deftypefun void *sbrk (ptrdiff_t @var{delta})
3053 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3055 This function is the same as @code{brk} except that you specify the new
3056 end of the data segment as an offset @var{delta} from the current end
3057 and on success the return value is the address of the resulting end of
3058 the data segment instead of zero.
3060 This means you can use @samp{sbrk(0)} to find out what the current end
3061 of the data segment is.
3063 @end deftypefun
3067 @node Locking Pages
3068 @section Locking Pages
3069 @cindex locking pages
3070 @cindex memory lock
3071 @cindex paging
3073 You can tell the system to associate a particular virtual memory page
3074 with a real page frame and keep it that way --- i.e., cause the page to
3075 be paged in if it isn't already and mark it so it will never be paged
3076 out and consequently will never cause a page fault.  This is called
3077 @dfn{locking} a page.
3079 The functions in this chapter lock and unlock the calling process'
3080 pages.
3082 @menu
3083 * Why Lock Pages::                Reasons to read this section.
3084 * Locked Memory Details::         Everything you need to know locked
3085                                     memory
3086 * Page Lock Functions::           Here's how to do it.
3087 @end menu
3089 @node Why Lock Pages
3090 @subsection Why Lock Pages
3092 Because page faults cause paged out pages to be paged in transparently,
3093 a process rarely needs to be concerned about locking pages.  However,
3094 there are two reasons people sometimes are:
3096 @itemize @bullet
3098 @item
3099 Speed.  A page fault is transparent only insofar as the process is not
3100 sensitive to how long it takes to do a simple memory access.  Time-critical
3101 processes, especially realtime processes, may not be able to wait or
3102 may not be able to tolerate variance in execution speed.
3103 @cindex realtime processing
3104 @cindex speed of execution
3106 A process that needs to lock pages for this reason probably also needs
3107 priority among other processes for use of the CPU.  @xref{Priority}.
3109 In some cases, the programmer knows better than the system's demand
3110 paging allocator which pages should remain in real memory to optimize
3111 system performance.  In this case, locking pages can help.
3113 @item
3114 Privacy.  If you keep secrets in virtual memory and that virtual memory
3115 gets paged out, that increases the chance that the secrets will get out.
3116 If a password gets written out to disk swap space, for example, it might
3117 still be there long after virtual and real memory have been wiped clean.
3119 @end itemize
3121 Be aware that when you lock a page, that's one fewer page frame that can
3122 be used to back other virtual memory (by the same or other processes),
3123 which can mean more page faults, which means the system runs more
3124 slowly.  In fact, if you lock enough memory, some programs may not be
3125 able to run at all for lack of real memory.
3127 @node Locked Memory Details
3128 @subsection Locked Memory Details
3130 A memory lock is associated with a virtual page, not a real frame.  The
3131 paging rule is: If a frame backs at least one locked page, don't page it
3132 out.
3134 Memory locks do not stack.  I.e., you can't lock a particular page twice
3135 so that it has to be unlocked twice before it is truly unlocked.  It is
3136 either locked or it isn't.
3138 A memory lock persists until the process that owns the memory explicitly
3139 unlocks it.  (But process termination and exec cause the virtual memory
3140 to cease to exist, which you might say means it isn't locked any more).
3142 Memory locks are not inherited by child processes.  (But note that on a
3143 modern Unix system, immediately after a fork, the parent's and the
3144 child's virtual address space are backed by the same real page frames,
3145 so the child enjoys the parent's locks).  @xref{Creating a Process}.
3147 Because of its ability to impact other processes, only the superuser can
3148 lock a page.  Any process can unlock its own page.
3150 The system sets limits on the amount of memory a process can have locked
3151 and the amount of real memory it can have dedicated to it.  @xref{Limits
3152 on Resources}.
3154 In Linux, locked pages aren't as locked as you might think.
3155 Two virtual pages that are not shared memory can nonetheless be backed
3156 by the same real frame.  The kernel does this in the name of efficiency
3157 when it knows both virtual pages contain identical data, and does it
3158 even if one or both of the virtual pages are locked.
3160 But when a process modifies one of those pages, the kernel must get it a
3161 separate frame and fill it with the page's data.  This is known as a
3162 @dfn{copy-on-write page fault}.  It takes a small amount of time and in
3163 a pathological case, getting that frame may require I/O.
3164 @cindex copy-on-write page fault
3165 @cindex page fault, copy-on-write
3167 To make sure this doesn't happen to your program, don't just lock the
3168 pages.  Write to them as well, unless you know you won't write to them
3169 ever.  And to make sure you have pre-allocated frames for your stack,
3170 enter a scope that declares a C automatic variable larger than the
3171 maximum stack size you will need, set it to something, then return from
3172 its scope.
3174 @node Page Lock Functions
3175 @subsection Functions To Lock And Unlock Pages
3177 The symbols in this section are declared in @file{sys/mman.h}.  These
3178 functions are defined by POSIX.1b, but their availability depends on
3179 your kernel.  If your kernel doesn't allow these functions, they exist
3180 but always fail.  They @emph{are} available with a Linux kernel.
3182 @strong{Portability Note:} POSIX.1b requires that when the @code{mlock}
3183 and @code{munlock} functions are available, the file @file{unistd.h}
3184 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK_RANGE} and the file
3185 @code{limits.h} define the macro @code{PAGESIZE} to be the size of a
3186 memory page in bytes.  It requires that when the @code{mlockall} and
3187 @code{munlockall} functions are available, the @file{unistd.h} file
3188 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK}.  @Theglibc{} conforms to
3189 this requirement.
3191 @comment sys/mman.h
3192 @comment POSIX.1b
3193 @deftypefun int mlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
3194 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3196 @code{mlock} locks a range of the calling process' virtual pages.
3198 The range of memory starts at address @var{addr} and is @var{len} bytes
3199 long.  Actually, since you must lock whole pages, it is the range of
3200 pages that include any part of the specified range.
3202 When the function returns successfully, each of those pages is backed by
3203 (connected to) a real frame (is resident) and is marked to stay that
3204 way.  This means the function may cause page-ins and have to wait for
3205 them.
3207 When the function fails, it does not affect the lock status of any
3208 pages.
3210 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
3211 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
3212 specific to this function are:
3214 @table @code
3215 @item ENOMEM
3216 @itemize @bullet
3217 @item
3218 At least some of the specified address range does not exist in the
3219 calling process' virtual address space.
3220 @item
3221 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
3222 @end itemize
3224 @item EPERM
3225 The calling process is not superuser.
3227 @item EINVAL
3228 @var{len} is not positive.
3230 @item ENOSYS
3231 The kernel does not provide @code{mlock} capability.
3233 @end table
3235 You can lock @emph{all} a process' memory with @code{mlockall}.  You
3236 unlock memory with @code{munlock} or @code{munlockall}.
3238 To avoid all page faults in a C program, you have to use
3239 @code{mlockall}, because some of the memory a program uses is hidden
3240 from the C code, e.g. the stack and automatic variables, and you
3241 wouldn't know what address to tell @code{mlock}.
3243 @end deftypefun
3245 @comment sys/mman.h
3246 @comment POSIX.1b
3247 @deftypefun int munlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
3248 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3250 @code{munlock} unlocks a range of the calling process' virtual pages.
3252 @code{munlock} is the inverse of @code{mlock} and functions completely
3253 analogously to @code{mlock}, except that there is no @code{EPERM}
3254 failure.
3256 @end deftypefun
3258 @comment sys/mman.h
3259 @comment POSIX.1b
3260 @deftypefun int mlockall (int @var{flags})
3261 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3263 @code{mlockall} locks all the pages in a process' virtual memory address
3264 space, and/or any that are added to it in the future.  This includes the
3265 pages of the code, data and stack segment, as well as shared libraries,
3266 user space kernel data, shared memory, and memory mapped files.
3268 @var{flags} is a string of single bit flags represented by the following
3269 macros.  They tell @code{mlockall} which of its functions you want.  All
3270 other bits must be zero.
3272 @vtable @code
3274 @item MCL_CURRENT
3275 Lock all pages which currently exist in the calling process' virtual
3276 address space.
3278 @item MCL_FUTURE
3279 Set a mode such that any pages added to the process' virtual address
3280 space in the future will be locked from birth.  This mode does not
3281 affect future address spaces owned by the same process so exec, which
3282 replaces a process' address space, wipes out @code{MCL_FUTURE}.
3283 @xref{Executing a File}.
3285 @end vtable
3287 When the function returns successfully, and you specified
3288 @code{MCL_CURRENT}, all of the process' pages are backed by (connected
3289 to) real frames (they are resident) and are marked to stay that way.
3290 This means the function may cause page-ins and have to wait for them.
3292 When the process is in @code{MCL_FUTURE} mode because it successfully
3293 executed this function and specified @code{MCL_CURRENT}, any system call
3294 by the process that requires space be added to its virtual address space
3295 fails with @code{errno} = @code{ENOMEM} if locking the additional space
3296 would cause the process to exceed its locked page limit.  In the case
3297 that the address space addition that can't be accommodated is stack
3298 expansion, the stack expansion fails and the kernel sends a
3299 @code{SIGSEGV} signal to the process.
3301 When the function fails, it does not affect the lock status of any pages
3302 or the future locking mode.
3304 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
3305 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
3306 specific to this function are:
3308 @table @code
3309 @item ENOMEM
3310 @itemize @bullet
3311 @item
3312 At least some of the specified address range does not exist in the
3313 calling process' virtual address space.
3314 @item
3315 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
3316 @end itemize
3318 @item EPERM
3319 The calling process is not superuser.
3321 @item EINVAL
3322 Undefined bits in @var{flags} are not zero.
3324 @item ENOSYS
3325 The kernel does not provide @code{mlockall} capability.
3327 @end table
3329 You can lock just specific pages with @code{mlock}.  You unlock pages
3330 with @code{munlockall} and @code{munlock}.
3332 @end deftypefun
3335 @comment sys/mman.h
3336 @comment POSIX.1b
3337 @deftypefun int munlockall (void)
3338 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3340 @code{munlockall} unlocks every page in the calling process' virtual
3341 address space and turns off @code{MCL_FUTURE} future locking mode.
3343 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
3344 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The only way this
3345 function can fail is for generic reasons that all functions and system
3346 calls can fail, so there are no specific @code{errno} values.
3348 @end deftypefun
3353 @ignore
3354 @c This was never actually implemented.  -zw
3355 @node Relocating Allocator
3356 @section Relocating Allocator
3358 @cindex relocating memory allocator
3359 Any system of dynamic memory allocation has overhead: the amount of
3360 space it uses is more than the amount the program asks for.  The
3361 @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by moving
3362 blocks in memory as necessary, on its own initiative.
3364 @c @menu
3365 @c * Relocator Concepts::               How to understand relocating allocation.
3366 @c * Using Relocator::          Functions for relocating allocation.
3367 @c @end menu
3369 @node Relocator Concepts
3370 @subsection Concepts of Relocating Allocation
3372 @ifinfo
3373 The @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by
3374 moving blocks in memory as necessary, on its own initiative.
3375 @end ifinfo
3377 When you allocate a block with @code{malloc}, the address of the block
3378 never changes unless you use @code{realloc} to change its size.  Thus,
3379 you can safely store the address in various places, temporarily or
3380 permanently, as you like.  This is not safe when you use the relocating
3381 memory allocator, because any and all relocatable blocks can move
3382 whenever you allocate memory in any fashion.  Even calling @code{malloc}
3383 or @code{realloc} can move the relocatable blocks.
3385 @cindex handle
3386 For each relocatable block, you must make a @dfn{handle}---a pointer
3387 object in memory, designated to store the address of that block.  The
3388 relocating allocator knows where each block's handle is, and updates the
3389 address stored there whenever it moves the block, so that the handle
3390 always points to the block.  Each time you access the contents of the
3391 block, you should fetch its address anew from the handle.
3393 To call any of the relocating allocator functions from a signal handler
3394 is almost certainly incorrect, because the signal could happen at any
3395 time and relocate all the blocks.  The only way to make this safe is to
3396 block the signal around any access to the contents of any relocatable
3397 block---not a convenient mode of operation.  @xref{Nonreentrancy}.
3399 @node Using Relocator
3400 @subsection Allocating and Freeing Relocatable Blocks
3402 @pindex malloc.h
3403 In the descriptions below, @var{handleptr} designates the address of the
3404 handle.  All the functions are declared in @file{malloc.h}; all are GNU
3405 extensions.
3407 @comment malloc.h
3408 @comment GNU
3409 @c @deftypefun {void *} r_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
3410 This function allocates a relocatable block of size @var{size}.  It
3411 stores the block's address in @code{*@var{handleptr}} and returns
3412 a non-null pointer to indicate success.
3414 If @code{r_alloc} can't get the space needed, it stores a null pointer
3415 in @code{*@var{handleptr}}, and returns a null pointer.
3416 @end deftypefun
3418 @comment malloc.h
3419 @comment GNU
3420 @c @deftypefun void r_alloc_free (void **@var{handleptr})
3421 This function is the way to free a relocatable block.  It frees the
3422 block that @code{*@var{handleptr}} points to, and stores a null pointer
3423 in @code{*@var{handleptr}} to show it doesn't point to an allocated
3424 block any more.
3425 @end deftypefun
3427 @comment malloc.h
3428 @comment GNU
3429 @c @deftypefun {void *} r_re_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
3430 The function @code{r_re_alloc} adjusts the size of the block that
3431 @code{*@var{handleptr}} points to, making it @var{size} bytes long.  It
3432 stores the address of the resized block in @code{*@var{handleptr}} and
3433 returns a non-null pointer to indicate success.
3435 If enough memory is not available, this function returns a null pointer
3436 and does not modify @code{*@var{handleptr}}.
3437 @end deftypefun
3438 @end ignore
3443 @ignore
3444 @comment No longer available...
3446 @comment @node Memory Warnings
3447 @comment @section Memory Usage Warnings
3448 @comment @cindex memory usage warnings
3449 @comment @cindex warnings of memory almost full
3451 @pindex malloc.c
3452 You can ask for warnings as the program approaches running out of memory
3453 space, by calling @code{memory_warnings}.  This tells @code{malloc} to
3454 check memory usage every time it asks for more memory from the operating
3455 system.  This is a GNU extension declared in @file{malloc.h}.
3457 @comment malloc.h
3458 @comment GNU
3459 @comment @deftypefun void memory_warnings (void *@var{start}, void (*@var{warn-func}) (const char *))
3460 Call this function to request warnings for nearing exhaustion of virtual
3461 memory.
3463 The argument @var{start} says where data space begins, in memory.  The
3464 allocator compares this against the last address used and against the
3465 limit of data space, to determine the fraction of available memory in
3466 use.  If you supply zero for @var{start}, then a default value is used
3467 which is right in most circumstances.
3469 For @var{warn-func}, supply a function that @code{malloc} can call to
3470 warn you.  It is called with a string (a warning message) as argument.
3471 Normally it ought to display the string for the user to read.
3472 @end deftypefun
3474 The warnings come when memory becomes 75% full, when it becomes 85%
3475 full, and when it becomes 95% full.  Above 95% you get another warning
3476 each time memory usage increases.
3478 @end ignore