struct stat is not posix conform
[glibc.git] / manual / memory.texi
blob0729e702db5086b2cfce62b69296beddd6c5c5b3
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 @theglibc{} and GNU Compiler.
163 @menu
164 * Memory Allocation and C::     How to get different kinds of allocation in C.
165 * Unconstrained Allocation::    The @code{malloc} facility allows fully general
166                                  dynamic allocation.
167 * Allocation Debugging::        Finding memory leaks and not freed memory.
168 * Obstacks::                    Obstacks are less general than malloc
169                                  but more efficient and convenient.
170 * Variable Size Automatic::     Allocation of variable-sized blocks
171                                  of automatic storage that are freed when the
172                                  calling function returns.
173 @end menu
176 @node Memory Allocation and C
177 @subsection Memory Allocation in C Programs
179 The C language supports two kinds of memory allocation through the
180 variables in C programs:
182 @itemize @bullet
183 @item
184 @dfn{Static allocation} is what happens when you declare a static or
185 global variable.  Each static or global variable defines one block of
186 space, of a fixed size.  The space is allocated once, when your program
187 is started (part of the exec operation), and is never freed.
188 @cindex static memory allocation
189 @cindex static storage class
191 @item
192 @dfn{Automatic allocation} happens when you declare an automatic
193 variable, such as a function argument or a local variable.  The space
194 for an automatic variable is allocated when the compound statement
195 containing the declaration is entered, and is freed when that
196 compound statement is exited.
197 @cindex automatic memory allocation
198 @cindex automatic storage class
200 In GNU C, the size of the automatic storage can be an expression
201 that varies.  In other C implementations, it must be a constant.
202 @end itemize
204 A third important kind of memory allocation, @dfn{dynamic allocation},
205 is not supported by C variables but is available via @glibcadj{}
206 functions.
207 @cindex dynamic memory allocation
209 @subsubsection Dynamic Memory Allocation
210 @cindex dynamic memory allocation
212 @dfn{Dynamic memory allocation} is a technique in which programs
213 determine as they are running where to store some information.  You need
214 dynamic allocation when the amount of memory you need, or how long you
215 continue to need it, depends on factors that are not known before the
216 program runs.
218 For example, you may need a block to store a line read from an input
219 file; since there is no limit to how long a line can be, you must
220 allocate the memory dynamically and make it dynamically larger as you
221 read more of the line.
223 Or, you may need a block for each record or each definition in the input
224 data; since you can't know in advance how many there will be, you must
225 allocate a new block for each record or definition as you read it.
227 When you use dynamic allocation, the allocation of a block of memory is
228 an action that the program requests explicitly.  You call a function or
229 macro when you want to allocate space, and specify the size with an
230 argument.  If you want to free the space, you do so by calling another
231 function or macro.  You can do these things whenever you want, as often
232 as you want.
234 Dynamic allocation is not supported by C variables; there is no storage
235 class ``dynamic'', and there can never be a C variable whose value is
236 stored in dynamically allocated space.  The only way to get dynamically
237 allocated memory is via a system call (which is generally via a @glibcadj{}
238 function call), and the only way to refer to dynamically
239 allocated space is through a pointer.  Because it is less convenient,
240 and because the actual process of dynamic allocation requires more
241 computation time, programmers generally use dynamic allocation only when
242 neither static nor automatic allocation will serve.
244 For example, if you want to allocate dynamically some space to hold a
245 @code{struct foobar}, you cannot declare a variable of type @code{struct
246 foobar} whose contents are the dynamically allocated space.  But you can
247 declare a variable of pointer type @code{struct foobar *} and assign it the
248 address of the space.  Then you can use the operators @samp{*} and
249 @samp{->} on this pointer variable to refer to the contents of the space:
251 @smallexample
253   struct foobar *ptr
254      = (struct foobar *) malloc (sizeof (struct foobar));
255   ptr->name = x;
256   ptr->next = current_foobar;
257   current_foobar = ptr;
259 @end smallexample
261 @node Unconstrained Allocation
262 @subsection Unconstrained Allocation
263 @cindex unconstrained memory allocation
264 @cindex @code{malloc} function
265 @cindex heap, dynamic allocation from
267 The most general dynamic allocation facility is @code{malloc}.  It
268 allows you to allocate blocks of memory of any size at any time, make
269 them bigger or smaller at any time, and free the blocks individually at
270 any time (or never).
272 @menu
273 * Basic Allocation::            Simple use of @code{malloc}.
274 * Malloc Examples::             Examples of @code{malloc}.  @code{xmalloc}.
275 * Freeing after Malloc::        Use @code{free} to free a block you
276                                  got with @code{malloc}.
277 * Changing Block Size::         Use @code{realloc} to make a block
278                                  bigger or smaller.
279 * Allocating Cleared Space::    Use @code{calloc} to allocate a
280                                  block and clear it.
281 * Efficiency and Malloc::       Efficiency considerations in use of
282                                  these functions.
283 * Aligned Memory Blocks::       Allocating specially aligned memory.
284 * Malloc Tunable Parameters::   Use @code{mallopt} to adjust allocation
285                                  parameters.
286 * Heap Consistency Checking::   Automatic checking for errors.
287 * Hooks for Malloc::            You can use these hooks for debugging
288                                  programs that use @code{malloc}.
289 * Statistics of Malloc::        Getting information about how much
290                                  memory your program is using.
291 * Summary of Malloc::           Summary of @code{malloc} and related functions.
292 @end menu
294 @node Basic Allocation
295 @subsubsection Basic Memory Allocation
296 @cindex allocation of memory with @code{malloc}
298 To allocate a block of memory, call @code{malloc}.  The prototype for
299 this function is in @file{stdlib.h}.
300 @pindex stdlib.h
302 @comment malloc.h stdlib.h
303 @comment ISO
304 @deftypefun {void *} malloc (size_t @var{size})
305 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
306 @c Malloc hooks and __morecore pointers, as well as such parameters as
307 @c max_n_mmaps and max_mmapped_mem, are accessed without guards, so they
308 @c could pose a thread safety issue; in order to not declare malloc
309 @c MT-unsafe, it's modifying the hooks and parameters while multiple
310 @c threads are active that is regarded as unsafe.  An arena's next field
311 @c is initialized and never changed again, except for main_arena's,
312 @c that's protected by list_lock; next_free is only modified while
313 @c list_lock is held too.  All other data members of an arena, as well
314 @c as the metadata of the memory areas assigned to it, are only modified
315 @c while holding the arena's mutex (fastbin pointers use catomic ops
316 @c because they may be modified by free without taking the arena's
317 @c lock).  Some reassurance was needed for fastbins, for it wasn't clear
318 @c how they were initialized.  It turns out they are always
319 @c zero-initialized: main_arena's, for being static data, and other
320 @c arena's, for being just-mmapped memory.
322 @c Leaking file descriptors and memory in case of cancellation is
323 @c unavoidable without disabling cancellation, but the lock situation is
324 @c a bit more complicated: we don't have fallback arenas for malloc to
325 @c be safe to call from within signal handlers.  Error-checking mutexes
326 @c or trylock could enable us to try and use alternate arenas, even with
327 @c -DPER_THREAD (enabled by default), but supporting interruption
328 @c (cancellation or signal handling) while holding the arena list mutex
329 @c would require more work; maybe blocking signals and disabling async
330 @c cancellation while manipulating the arena lists?
332 @c __libc_malloc @asulock @aculock @acsfd @acsmem
333 @c  force_reg ok
334 @c  *malloc_hook unguarded
335 @c  arena_lookup ok
336 @c   tsd_getspecific ok, TLS
337 @c  arena_lock @asulock @aculock @acsfd @acsmem
338 @c   mutex_lock @asulock @aculock
339 @c   arena_get2 @asulock @aculock @acsfd @acsmem
340 @c    get_free_list @asulock @aculock
341 @c     mutex_lock (list_lock) dup @asulock @aculock
342 @c     mutex_unlock (list_lock) dup @aculock
343 @c     mutex_lock (arena lock) dup @asulock @aculock [returns locked]
344 @c     tsd_setspecific ok, TLS
345 @c    __get_nprocs ext ok @acsfd
346 @c    NARENAS_FROM_NCORES ok
347 @c    catomic_compare_and_exchange_bool_acq ok
348 @c    _int_new_arena ok @asulock @aculock @acsmem
349 @c     new_heap ok @acsmem
350 @c      mmap ok @acsmem
351 @c      munmap ok @acsmem
352 @c      mprotect ok
353 @c     chunk2mem ok
354 @c     set_head ok
355 @c     tsd_setspecific dup ok
356 @c     mutex_init ok
357 @c     mutex_lock (just-created mutex) ok, returns locked
358 @c     mutex_lock (list_lock) dup @asulock @aculock
359 @c     atomic_write_barrier ok
360 @c     mutex_unlock (list_lock) @aculock
361 @c    catomic_decrement ok
362 @c    reused_arena @asulock @aculock
363 @c      reads&writes next_to_use and iterates over arena next without guards
364 @c      those are harmless as long as we don't drop arenas from the
365 @c      NEXT list, and we never do; when a thread terminates,
366 @c      arena_thread_freeres prepends the arena to the free_list
367 @c      NEXT_FREE list, but NEXT is never modified, so it's safe!
368 @c     mutex_trylock (arena lock) @asulock @aculock
369 @c     mutex_lock (arena lock) dup @asulock @aculock
370 @c     tsd_setspecific dup ok
371 @c  _int_malloc @acsfd @acsmem
372 @c   checked_request2size ok
373 @c    REQUEST_OUT_OF_RANGE ok
374 @c    request2size ok
375 @c   get_max_fast ok
376 @c   fastbin_index ok
377 @c   fastbin ok
378 @c   catomic_compare_and_exhange_val_acq ok
379 @c   malloc_printerr dup @mtsenv
380 @c     if we get to it, we're toast already, undefined behavior must have
381 @c     been invoked before
382 @c    libc_message @mtsenv [no leaks with cancellation disabled]
383 @c     FATAL_PREPARE ok
384 @c      pthread_setcancelstate disable ok
385 @c     libc_secure_getenv @mtsenv
386 @c      getenv @mtsenv
387 @c     open_not_cancel_2 dup @acsfd
388 @c     strchrnul ok
389 @c     WRITEV_FOR_FATAL ok
390 @c      writev ok
391 @c     mmap ok @acsmem
392 @c     munmap ok @acsmem
393 @c     BEFORE_ABORT @acsfd
394 @c      backtrace ok
395 @c      write_not_cancel dup ok
396 @c      backtrace_symbols_fd @aculock
397 @c      open_not_cancel_2 dup @acsfd
398 @c      read_not_cancel dup ok
399 @c      close_not_cancel_no_status dup @acsfd
400 @c     abort ok
401 @c    itoa_word ok
402 @c    abort ok
403 @c   check_remalloced_chunk ok/disabled
404 @c   chunk2mem dup ok
405 @c   alloc_perturb ok
406 @c   in_smallbin_range ok
407 @c   smallbin_index ok
408 @c   bin_at ok
409 @c   last ok
410 @c   malloc_consolidate ok
411 @c    get_max_fast dup ok
412 @c    clear_fastchunks ok
413 @c    unsorted_chunks dup ok
414 @c    fastbin dup ok
415 @c    atomic_exchange_acq ok
416 @c    check_inuse_chunk dup ok/disabled
417 @c    chunk_at_offset dup ok
418 @c    chunksize dup ok
419 @c    inuse_bit_at_offset dup ok
420 @c    unlink dup ok
421 @c    clear_inuse_bit_at_offset dup ok
422 @c    in_smallbin_range dup ok
423 @c    set_head dup ok
424 @c    malloc_init_state ok
425 @c     bin_at dup ok
426 @c     set_noncontiguous dup ok
427 @c     set_max_fast dup ok
428 @c     initial_top ok
429 @c      unsorted_chunks dup ok
430 @c    check_malloc_state ok/disabled
431 @c   set_inuse_bit_at_offset ok
432 @c   check_malloced_chunk ok/disabled
433 @c   largebin_index ok
434 @c   have_fastchunks ok
435 @c   unsorted_chunks ok
436 @c    bin_at ok
437 @c   chunksize ok
438 @c   chunk_at_offset ok
439 @c   set_head ok
440 @c   set_foot ok
441 @c   mark_bin ok
442 @c    idx2bit ok
443 @c   first ok
444 @c   unlink ok
445 @c    malloc_printerr dup ok
446 @c    in_smallbin_range dup ok
447 @c   idx2block ok
448 @c   idx2bit dup ok
449 @c   next_bin ok
450 @c   sysmalloc @acsfd @acsmem
451 @c    MMAP @acsmem
452 @c    set_head dup ok
453 @c    check_chunk ok/disabled
454 @c    chunk2mem dup ok
455 @c    chunksize dup ok
456 @c    chunk_at_offset dup ok
457 @c    heap_for_ptr ok
458 @c    grow_heap ok
459 @c     mprotect ok
460 @c    set_head dup ok
461 @c    new_heap @acsmem
462 @c     MMAP dup @acsmem
463 @c     munmap @acsmem
464 @c    top ok
465 @c    set_foot dup ok
466 @c    contiguous ok
467 @c    MORECORE ok
468 @c     *__morecore ok unguarded
469 @c      __default_morecore
470 @c       sbrk ok
471 @c    force_reg dup ok
472 @c    *__after_morecore_hook unguarded
473 @c    set_noncontiguous ok
474 @c    malloc_printerr dup ok
475 @c    _int_free (have_lock) @acsfd @acsmem [@asulock @aculock]
476 @c     chunksize dup ok
477 @c     mutex_unlock dup @aculock/!have_lock
478 @c     malloc_printerr dup ok
479 @c     check_inuse_chunk ok/disabled
480 @c     chunk_at_offset dup ok
481 @c     mutex_lock dup @asulock @aculock/@have_lock
482 @c     chunk2mem dup ok
483 @c     free_perturb ok
484 @c     set_fastchunks ok
485 @c      catomic_and ok
486 @c     fastbin_index dup ok
487 @c     fastbin dup ok
488 @c     catomic_compare_and_exchange_val_rel ok
489 @c     chunk_is_mmapped ok
490 @c     contiguous dup ok
491 @c     prev_inuse ok
492 @c     unlink dup ok
493 @c     inuse_bit_at_offset dup ok
494 @c     clear_inuse_bit_at_offset ok
495 @c     unsorted_chunks dup ok
496 @c     in_smallbin_range dup ok
497 @c     set_head dup ok
498 @c     set_foot dup ok
499 @c     check_free_chunk ok/disabled
500 @c     check_chunk dup ok/disabled
501 @c     have_fastchunks dup ok
502 @c     malloc_consolidate dup ok
503 @c     systrim ok
504 @c      MORECORE dup ok
505 @c      *__after_morecore_hook dup unguarded
506 @c      set_head dup ok
507 @c      check_malloc_state ok/disabled
508 @c     top dup ok
509 @c     heap_for_ptr dup ok
510 @c     heap_trim @acsfd @acsmem
511 @c      top dup ok
512 @c      chunk_at_offset dup ok
513 @c      prev_chunk ok
514 @c      chunksize dup ok
515 @c      prev_inuse dup ok
516 @c      delete_heap @acsmem
517 @c       munmap dup @acsmem
518 @c      unlink dup ok
519 @c      set_head dup ok
520 @c      shrink_heap @acsfd
521 @c       check_may_shrink_heap @acsfd
522 @c        open_not_cancel_2 @acsfd
523 @c        read_not_cancel ok
524 @c        close_not_cancel_no_status @acsfd
525 @c       MMAP dup ok
526 @c       madvise ok
527 @c     munmap_chunk @acsmem
528 @c      chunksize dup ok
529 @c      chunk_is_mmapped dup ok
530 @c      chunk2mem dup ok
531 @c      malloc_printerr dup ok
532 @c      munmap dup @acsmem
533 @c    check_malloc_state ok/disabled
534 @c  arena_get_retry @asulock @aculock @acsfd @acsmem
535 @c   mutex_unlock dup @aculock
536 @c   mutex_lock dup @asulock @aculock
537 @c   arena_get2 dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
538 @c  mutex_unlock @aculock
539 @c  mem2chunk ok
540 @c  chunk_is_mmapped ok
541 @c  arena_for_chunk ok
542 @c   chunk_non_main_arena ok
543 @c   heap_for_ptr ok
544 This function returns a pointer to a newly allocated block @var{size}
545 bytes long, or a null pointer if the block could not be allocated.
546 @end deftypefun
548 The contents of the block are undefined; you must initialize it yourself
549 (or use @code{calloc} instead; @pxref{Allocating Cleared Space}).
550 Normally you would cast the value as a pointer to the kind of object
551 that you want to store in the block.  Here we show an example of doing
552 so, and of initializing the space with zeros using the library function
553 @code{memset} (@pxref{Copying and Concatenation}):
555 @smallexample
556 struct foo *ptr;
557 @dots{}
558 ptr = (struct foo *) malloc (sizeof (struct foo));
559 if (ptr == 0) abort ();
560 memset (ptr, 0, sizeof (struct foo));
561 @end smallexample
563 You can store the result of @code{malloc} into any pointer variable
564 without a cast, because @w{ISO C} automatically converts the type
565 @code{void *} to another type of pointer when necessary.  But the cast
566 is necessary in contexts other than assignment operators or if you might
567 want your code to run in traditional C.
569 Remember that when allocating space for a string, the argument to
570 @code{malloc} must be one plus the length of the string.  This is
571 because a string is terminated with a null character that doesn't count
572 in the ``length'' of the string but does need space.  For example:
574 @smallexample
575 char *ptr;
576 @dots{}
577 ptr = (char *) malloc (length + 1);
578 @end smallexample
580 @noindent
581 @xref{Representation of Strings}, for more information about this.
583 @node Malloc Examples
584 @subsubsection Examples of @code{malloc}
586 If no more space is available, @code{malloc} returns a null pointer.
587 You should check the value of @emph{every} call to @code{malloc}.  It is
588 useful to write a subroutine that calls @code{malloc} and reports an
589 error if the value is a null pointer, returning only if the value is
590 nonzero.  This function is conventionally called @code{xmalloc}.  Here
591 it is:
593 @smallexample
594 void *
595 xmalloc (size_t size)
597   void *value = malloc (size);
598   if (value == 0)
599     fatal ("virtual memory exhausted");
600   return value;
602 @end smallexample
604 Here is a real example of using @code{malloc} (by way of @code{xmalloc}).
605 The function @code{savestring} will copy a sequence of characters into
606 a newly allocated null-terminated string:
608 @smallexample
609 @group
610 char *
611 savestring (const char *ptr, size_t len)
613   char *value = (char *) xmalloc (len + 1);
614   value[len] = '\0';
615   return (char *) memcpy (value, ptr, len);
617 @end group
618 @end smallexample
620 The block that @code{malloc} gives you is guaranteed to be aligned so
621 that it can hold any type of data.  On @gnusystems{}, the address is
622 always a multiple of eight on 32-bit systems, and a multiple of 16 on
623 64-bit systems.  Only rarely is any higher boundary (such as a page
624 boundary) necessary; for those cases, use @code{aligned_alloc} or
625 @code{posix_memalign} (@pxref{Aligned Memory Blocks}).
627 Note that the memory located after the end of the block is likely to be
628 in use for something else; perhaps a block already allocated by another
629 call to @code{malloc}.  If you attempt to treat the block as longer than
630 you asked for it to be, you are liable to destroy the data that
631 @code{malloc} uses to keep track of its blocks, or you may destroy the
632 contents of another block.  If you have already allocated a block and
633 discover you want it to be bigger, use @code{realloc} (@pxref{Changing
634 Block Size}).
636 @node Freeing after Malloc
637 @subsubsection Freeing Memory Allocated with @code{malloc}
638 @cindex freeing memory allocated with @code{malloc}
639 @cindex heap, freeing memory from
641 When you no longer need a block that you got with @code{malloc}, use the
642 function @code{free} to make the block available to be allocated again.
643 The prototype for this function is in @file{stdlib.h}.
644 @pindex stdlib.h
646 @comment malloc.h stdlib.h
647 @comment ISO
648 @deftypefun void free (void *@var{ptr})
649 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
650 @c __libc_free @asulock @aculock @acsfd @acsmem
651 @c   releasing memory into fastbins modifies the arena without taking
652 @c   its mutex, but catomic operations ensure safety.  If two (or more)
653 @c   threads are running malloc and have their own arenas locked when
654 @c   each gets a signal whose handler free()s large (non-fastbin-able)
655 @c   blocks from each other's arena, we deadlock; this is a more general
656 @c   case of @asulock.
657 @c  *__free_hook unguarded
658 @c  mem2chunk ok
659 @c  chunk_is_mmapped ok, chunk bits not modified after allocation
660 @c  chunksize ok
661 @c  munmap_chunk dup @acsmem
662 @c  arena_for_chunk dup ok
663 @c  _int_free (!have_lock) dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
664 The @code{free} function deallocates the block of memory pointed at
665 by @var{ptr}.
666 @end deftypefun
668 @comment stdlib.h
669 @comment Sun
670 @deftypefun void cfree (void *@var{ptr})
671 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
672 @c alias to free
673 This function does the same thing as @code{free}.  It's provided for
674 backward compatibility with SunOS; you should use @code{free} instead.
675 @end deftypefun
677 Freeing a block alters the contents of the block.  @strong{Do not expect to
678 find any data (such as a pointer to the next block in a chain of blocks) in
679 the block after freeing it.}  Copy whatever you need out of the block before
680 freeing it!  Here is an example of the proper way to free all the blocks in
681 a chain, and the strings that they point to:
683 @smallexample
684 struct chain
685   @{
686     struct chain *next;
687     char *name;
688   @}
690 void
691 free_chain (struct chain *chain)
693   while (chain != 0)
694     @{
695       struct chain *next = chain->next;
696       free (chain->name);
697       free (chain);
698       chain = next;
699     @}
701 @end smallexample
703 Occasionally, @code{free} can actually return memory to the operating
704 system and make the process smaller.  Usually, all it can do is allow a
705 later call to @code{malloc} to reuse the space.  In the meantime, the
706 space remains in your program as part of a free-list used internally by
707 @code{malloc}.
709 There is no point in freeing blocks at the end of a program, because all
710 of the program's space is given back to the system when the process
711 terminates.
713 @node Changing Block Size
714 @subsubsection Changing the Size of a Block
715 @cindex changing the size of a block (@code{malloc})
717 Often you do not know for certain how big a block you will ultimately need
718 at the time you must begin to use the block.  For example, the block might
719 be a buffer that you use to hold a line being read from a file; no matter
720 how long you make the buffer initially, you may encounter a line that is
721 longer.
723 You can make the block longer by calling @code{realloc}.  This function
724 is declared in @file{stdlib.h}.
725 @pindex stdlib.h
727 @comment malloc.h stdlib.h
728 @comment ISO
729 @deftypefun {void *} realloc (void *@var{ptr}, size_t @var{newsize})
730 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
731 @c It may call the implementations of malloc and free, so all of their
732 @c issues arise, plus the realloc hook, also accessed without guards.
734 @c __libc_realloc @asulock @aculock @acsfd @acsmem
735 @c  *__realloc_hook unguarded
736 @c  __libc_free dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
737 @c  __libc_malloc dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
738 @c  mem2chunk dup ok
739 @c  chunksize dup ok
740 @c  malloc_printerr dup ok
741 @c  checked_request2size dup ok
742 @c  chunk_is_mmapped dup ok
743 @c  mremap_chunk
744 @c   chunksize dup ok
745 @c   __mremap ok
746 @c   set_head dup ok
747 @c  MALLOC_COPY ok
748 @c   memcpy ok
749 @c  munmap_chunk dup @acsmem
750 @c  arena_for_chunk dup ok
751 @c  mutex_lock (arena mutex) dup @asulock @aculock
752 @c  _int_realloc @acsfd @acsmem
753 @c   malloc_printerr dup ok
754 @c   check_inuse_chunk dup ok/disabled
755 @c   chunk_at_offset dup ok
756 @c   chunksize dup ok
757 @c   set_head_size dup ok
758 @c   chunk_at_offset dup ok
759 @c   set_head dup ok
760 @c   chunk2mem dup ok
761 @c   inuse dup ok
762 @c   unlink dup ok
763 @c   _int_malloc dup @acsfd @acsmem
764 @c   mem2chunk dup ok
765 @c   MALLOC_COPY dup ok
766 @c   _int_free (have_lock) dup @acsfd @acsmem
767 @c   set_inuse_bit_at_offset dup ok
768 @c   set_head dup ok
769 @c  mutex_unlock (arena mutex) dup @aculock
770 @c  _int_free (!have_lock) dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
772 The @code{realloc} function changes the size of the block whose address is
773 @var{ptr} to be @var{newsize}.
775 Since the space after the end of the block may be in use, @code{realloc}
776 may find it necessary to copy the block to a new address where more free
777 space is available.  The value of @code{realloc} is the new address of the
778 block.  If the block needs to be moved, @code{realloc} copies the old
779 contents.
781 If you pass a null pointer for @var{ptr}, @code{realloc} behaves just
782 like @samp{malloc (@var{newsize})}.  This can be convenient, but beware
783 that older implementations (before @w{ISO C}) may not support this
784 behavior, and will probably crash when @code{realloc} is passed a null
785 pointer.
786 @end deftypefun
788 Like @code{malloc}, @code{realloc} may return a null pointer if no
789 memory space is available to make the block bigger.  When this happens,
790 the original block is untouched; it has not been modified or relocated.
792 In most cases it makes no difference what happens to the original block
793 when @code{realloc} fails, because the application program cannot continue
794 when it is out of memory, and the only thing to do is to give a fatal error
795 message.  Often it is convenient to write and use a subroutine,
796 conventionally called @code{xrealloc}, that takes care of the error message
797 as @code{xmalloc} does for @code{malloc}:
799 @smallexample
800 void *
801 xrealloc (void *ptr, size_t size)
803   void *value = realloc (ptr, size);
804   if (value == 0)
805     fatal ("Virtual memory exhausted");
806   return value;
808 @end smallexample
810 You can also use @code{realloc} to make a block smaller.  The reason you
811 would do this is to avoid tying up a lot of memory space when only a little
812 is needed.
813 @comment The following is no longer true with the new malloc.
814 @comment But it seems wise to keep the warning for other implementations.
815 In several allocation implementations, making a block smaller sometimes
816 necessitates copying it, so it can fail if no other space is available.
818 If the new size you specify is the same as the old size, @code{realloc}
819 is guaranteed to change nothing and return the same address that you gave.
821 @node Allocating Cleared Space
822 @subsubsection Allocating Cleared Space
824 The function @code{calloc} allocates memory and clears it to zero.  It
825 is declared in @file{stdlib.h}.
826 @pindex stdlib.h
828 @comment malloc.h stdlib.h
829 @comment ISO
830 @deftypefun {void *} calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
831 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
832 @c Same caveats as malloc.
834 @c __libc_calloc @asulock @aculock @acsfd @acsmem
835 @c  *__malloc_hook dup unguarded
836 @c  memset dup ok
837 @c  arena_get @asulock @aculock @acsfd @acsmem
838 @c   arena_lookup dup ok
839 @c   arena_lock dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
840 @c  top dup ok
841 @c  chunksize dup ok
842 @c  heap_for_ptr dup ok
843 @c  _int_malloc dup @acsfd @acsmem
844 @c  arena_get_retry dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
845 @c  mutex_unlock dup @aculock
846 @c  mem2chunk dup ok
847 @c  chunk_is_mmapped dup ok
848 @c  MALLOC_ZERO ok
849 @c   memset dup ok
850 This function allocates a block long enough to contain a vector of
851 @var{count} elements, each of size @var{eltsize}.  Its contents are
852 cleared to zero before @code{calloc} returns.
853 @end deftypefun
855 You could define @code{calloc} as follows:
857 @smallexample
858 void *
859 calloc (size_t count, size_t eltsize)
861   size_t size = count * eltsize;
862   void *value = malloc (size);
863   if (value != 0)
864     memset (value, 0, size);
865   return value;
867 @end smallexample
869 But in general, it is not guaranteed that @code{calloc} calls
870 @code{malloc} internally.  Therefore, if an application provides its own
871 @code{malloc}/@code{realloc}/@code{free} outside the C library, it
872 should always define @code{calloc}, too.
874 @node Efficiency and Malloc
875 @subsubsection Efficiency Considerations for @code{malloc}
876 @cindex efficiency and @code{malloc}
881 @ignore
883 @c No longer true, see below instead.
884 To make the best use of @code{malloc}, it helps to know that the GNU
885 version of @code{malloc} always dispenses small amounts of memory in
886 blocks whose sizes are powers of two.  It keeps separate pools for each
887 power of two.  This holds for sizes up to a page size.  Therefore, if
888 you are free to choose the size of a small block in order to make
889 @code{malloc} more efficient, make it a power of two.
890 @c !!! xref getpagesize
892 Once a page is split up for a particular block size, it can't be reused
893 for another size unless all the blocks in it are freed.  In many
894 programs, this is unlikely to happen.  Thus, you can sometimes make a
895 program use memory more efficiently by using blocks of the same size for
896 many different purposes.
898 When you ask for memory blocks of a page or larger, @code{malloc} uses a
899 different strategy; it rounds the size up to a multiple of a page, and
900 it can coalesce and split blocks as needed.
902 The reason for the two strategies is that it is important to allocate
903 and free small blocks as fast as possible, but speed is less important
904 for a large block since the program normally spends a fair amount of
905 time using it.  Also, large blocks are normally fewer in number.
906 Therefore, for large blocks, it makes sense to use a method which takes
907 more time to minimize the wasted space.
909 @end ignore
911 As opposed to other versions, the @code{malloc} in @theglibc{}
912 does not round up block sizes to powers of two, neither for large nor
913 for small sizes.  Neighboring chunks can be coalesced on a @code{free}
914 no matter what their size is.  This makes the implementation suitable
915 for all kinds of allocation patterns without generally incurring high
916 memory waste through fragmentation.
918 Very large blocks (much larger than a page) are allocated with
919 @code{mmap} (anonymous or via @code{/dev/zero}) by this implementation.
920 This has the great advantage that these chunks are returned to the
921 system immediately when they are freed.  Therefore, it cannot happen
922 that a large chunk becomes ``locked'' in between smaller ones and even
923 after calling @code{free} wastes memory.  The size threshold for
924 @code{mmap} to be used can be adjusted with @code{mallopt}.  The use of
925 @code{mmap} can also be disabled completely.
927 @node Aligned Memory Blocks
928 @subsubsection Allocating Aligned Memory Blocks
930 @cindex page boundary
931 @cindex alignment (with @code{malloc})
932 @pindex stdlib.h
933 The address of a block returned by @code{malloc} or @code{realloc} in
934 @gnusystems{} is always a multiple of eight (or sixteen on 64-bit
935 systems).  If you need a block whose address is a multiple of a higher
936 power of two than that, use @code{aligned_alloc} or @code{posix_memalign}.
937 @code{aligned_alloc} and @code{posix_memalign} are declared in
938 @file{stdlib.h}.
940 @comment stdlib.h
941 @deftypefun {void *} aligned_alloc (size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
942 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
943 @c Alias to memalign.
944 The @code{aligned_alloc} function allocates a block of @var{size} bytes whose
945 address is a multiple of @var{alignment}.  The @var{alignment} must be a
946 power of two and @var{size} must be a multiple of @var{alignment}.
948 The @code{aligned_alloc} function returns a null pointer on error and sets
949 @code{errno} to one of the following values:
951 @table @code
952 @item ENOMEM
953 There was insufficient memory available to satisfy the request.
955 @item EINVAL
956 @var{alignment} is not a power of two.
958 This function was introduced in @w{ISO C11} and hence may have better
959 portability to modern non-POSIX systems than @code{posix_memalign}.
960 @end table
962 @end deftypefun
964 @comment malloc.h
965 @comment BSD
966 @deftypefun {void *} memalign (size_t @var{boundary}, size_t @var{size})
967 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
968 @c Same issues as malloc.  The padding bytes are safely freed in
969 @c _int_memalign, with the arena still locked.
971 @c __libc_memalign @asulock @aculock @acsfd @acsmem
972 @c  *__memalign_hook dup unguarded
973 @c  __libc_malloc dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
974 @c  arena_get dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
975 @c  _int_memalign @acsfd @acsmem
976 @c   _int_malloc dup @acsfd @acsmem
977 @c   checked_request2size dup ok
978 @c   mem2chunk dup ok
979 @c   chunksize dup ok
980 @c   chunk_is_mmapped dup ok
981 @c   set_head dup ok
982 @c   chunk2mem dup ok
983 @c   set_inuse_bit_at_offset dup ok
984 @c   set_head_size dup ok
985 @c   _int_free (have_lock) dup @acsfd @acsmem
986 @c   chunk_at_offset dup ok
987 @c   check_inuse_chunk dup ok
988 @c  arena_get_retry dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
989 @c  mutex_unlock dup @aculock
990 The @code{memalign} function allocates a block of @var{size} bytes whose
991 address is a multiple of @var{boundary}.  The @var{boundary} must be a
992 power of two!  The function @code{memalign} works by allocating a
993 somewhat larger block, and then returning an address within the block
994 that is on the specified boundary.
996 The @code{memalign} function returns a null pointer on error and sets
997 @code{errno} to one of the following values:
999 @table @code
1000 @item ENOMEM
1001 There was insufficient memory available to satisfy the request.
1003 @item EINVAL
1004 @var{alignment} is not a power of two.
1006 @end table
1008 The @code{memalign} function is obsolete and @code{aligned_alloc} or
1009 @code{posix_memalign} should be used instead.
1010 @end deftypefun
1012 @comment stdlib.h
1013 @comment POSIX
1014 @deftypefun int posix_memalign (void **@var{memptr}, size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
1015 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
1016 @c Calls memalign unless the requirements are not met (powerof2 macro is
1017 @c safe given an automatic variable as an argument) or there's a
1018 @c memalign hook (accessed unguarded, but safely).
1019 The @code{posix_memalign} function is similar to the @code{memalign}
1020 function in that it returns a buffer of @var{size} bytes aligned to a
1021 multiple of @var{alignment}.  But it adds one requirement to the
1022 parameter @var{alignment}: the value must be a power of two multiple of
1023 @code{sizeof (void *)}.
1025 If the function succeeds in allocation memory a pointer to the allocated
1026 memory is returned in @code{*@var{memptr}} and the return value is zero.
1027 Otherwise the function returns an error value indicating the problem.
1028 The possible error values returned are:
1030 @table @code
1031 @item ENOMEM
1032 There was insufficient memory available to satisfy the request.
1034 @item EINVAL
1035 @var{alignment} is not a power of two multiple of @code{sizeof (void *)}.
1037 @end table
1039 This function was introduced in POSIX 1003.1d.  Although this function is
1040 superseded by @code{aligned_alloc}, it is more portable to older POSIX
1041 systems that do not support @w{ISO C11}.
1042 @end deftypefun
1044 @comment malloc.h stdlib.h
1045 @comment BSD
1046 @deftypefun {void *} valloc (size_t @var{size})
1047 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtuinit{}}@asunsafe{@asuinit{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
1048 @c __libc_valloc @mtuinit @asuinit @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1049 @c  ptmalloc_init (once) @mtsenv @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1050 @c   _dl_addr @asucorrupt? @aculock
1051 @c    __rtld_lock_lock_recursive (dl_load_lock) @asucorrupt? @aculock
1052 @c    _dl_find_dso_for_object ok, iterates over dl_ns and its _ns_loaded objs
1053 @c      the ok above assumes no partial updates on dl_ns and _ns_loaded
1054 @c      that could confuse a _dl_addr call in a signal handler
1055 @c     _dl_addr_inside_object ok
1056 @c    determine_info ok
1057 @c    __rtld_lock_unlock_recursive (dl_load_lock) @aculock
1058 @c   thread_atfork @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1059 @c    __register_atfork @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1060 @c     lll_lock (__fork_lock) @asulock @aculock
1061 @c     fork_handler_alloc @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1062 @c      calloc dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1063 @c     __linkin_atfork ok
1064 @c      catomic_compare_and_exchange_bool_acq ok
1065 @c     lll_unlock (__fork_lock) @aculock
1066 @c   *_environ @mtsenv
1067 @c   next_env_entry ok
1068 @c   strcspn dup ok
1069 @c   __libc_mallopt dup @mtasuconst:mallopt [setting mp_]
1070 @c   __malloc_check_init @mtasuconst:malloc_hooks [setting hooks]
1071 @c   *__malloc_initialize_hook unguarded, ok
1072 @c  *__memalign_hook dup ok, unguarded
1073 @c  arena_get dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1074 @c  _int_valloc @acsfd @acsmem
1075 @c   malloc_consolidate dup ok
1076 @c   _int_memalign dup @acsfd @acsmem
1077 @c  arena_get_retry dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1078 @c  _int_memalign dup @acsfd @acsmem
1079 @c  mutex_unlock dup @aculock
1080 Using @code{valloc} is like using @code{memalign} and passing the page size
1081 as the value of the second argument.  It is implemented like this:
1083 @smallexample
1084 void *
1085 valloc (size_t size)
1087   return memalign (getpagesize (), size);
1089 @end smallexample
1091 @ref{Query Memory Parameters} for more information about the memory
1092 subsystem.
1094 The @code{valloc} function is obsolete and @code{aligned_alloc} or
1095 @code{posix_memalign} should be used instead.
1096 @end deftypefun
1098 @node Malloc Tunable Parameters
1099 @subsubsection Malloc Tunable Parameters
1101 You can adjust some parameters for dynamic memory allocation with the
1102 @code{mallopt} function.  This function is the general SVID/XPG
1103 interface, defined in @file{malloc.h}.
1104 @pindex malloc.h
1106 @deftypefun int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
1107 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtuinit{} @mtasuconst{:mallopt}}@asunsafe{@asuinit{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @aculock{}}}
1108 @c __libc_mallopt @mtuinit @mtasuconst:mallopt @asuinit @asulock @aculock
1109 @c  ptmalloc_init (once) dup @mtsenv @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1110 @c  mutex_lock (main_arena->mutex) @asulock @aculock
1111 @c  malloc_consolidate dup ok
1112 @c  set_max_fast ok
1113 @c  mutex_unlock dup @aculock
1115 When calling @code{mallopt}, the @var{param} argument specifies the
1116 parameter to be set, and @var{value} the new value to be set.  Possible
1117 choices for @var{param}, as defined in @file{malloc.h}, are:
1119 @table @code
1120 @comment TODO: @item M_ARENA_MAX
1121 @comment       - Document ARENA_MAX env var.
1122 @comment TODO: @item M_ARENA_TEST
1123 @comment       - Document ARENA_TEST env var.
1124 @comment TODO: @item M_CHECK_ACTION
1125 @item M_MMAP_MAX
1126 The maximum number of chunks to allocate with @code{mmap}.  Setting this
1127 to zero disables all use of @code{mmap}.
1128 @item M_MMAP_THRESHOLD
1129 All chunks larger than this value are allocated outside the normal
1130 heap, using the @code{mmap} system call.  This way it is guaranteed
1131 that the memory for these chunks can be returned to the system on
1132 @code{free}.  Note that requests smaller than this threshold might still
1133 be allocated via @code{mmap}.
1134 @comment TODO: @item M_MXFAST
1135 @item M_PERTURB
1136 If non-zero, memory blocks are filled with values depending on some
1137 low order bits of this parameter when they are allocated (except when
1138 allocated by @code{calloc}) and freed.  This can be used to debug the
1139 use of uninitialized or freed heap memory.  Note that this option does not
1140 guarantee that the freed block will have any specific values.  It only
1141 guarantees that the content the block had before it was freed will be
1142 overwritten.
1143 @item M_TOP_PAD
1144 This parameter determines the amount of extra memory to obtain from the
1145 system when a call to @code{sbrk} is required.  It also specifies the
1146 number of bytes to retain when shrinking the heap by calling @code{sbrk}
1147 with a negative argument.  This provides the necessary hysteresis in
1148 heap size such that excessive amounts of system calls can be avoided.
1149 @item M_TRIM_THRESHOLD
1150 This is the minimum size (in bytes) of the top-most, releasable chunk
1151 that will cause @code{sbrk} to be called with a negative argument in
1152 order to return memory to the system.
1153 @end table
1155 @end deftypefun
1157 @node Heap Consistency Checking
1158 @subsubsection Heap Consistency Checking
1160 @cindex heap consistency checking
1161 @cindex consistency checking, of heap
1163 You can ask @code{malloc} to check the consistency of dynamic memory by
1164 using the @code{mcheck} function.  This function is a GNU extension,
1165 declared in @file{mcheck.h}.
1166 @pindex mcheck.h
1168 @comment mcheck.h
1169 @comment GNU
1170 @deftypefun int mcheck (void (*@var{abortfn}) (enum mcheck_status @var{status}))
1171 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:mcheck} @mtasuconst{:malloc_hooks}}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1172 @c The hooks must be set up before malloc is first used, which sort of
1173 @c implies @mtuinit/@asuinit but since the function is a no-op if malloc
1174 @c was already used, that doesn't pose any safety issues.  The actual
1175 @c problem is with the hooks, designed for single-threaded
1176 @c fully-synchronous operation: they manage an unguarded linked list of
1177 @c allocated blocks, and get temporarily overwritten before calling the
1178 @c allocation functions recursively while holding the old hooks.  There
1179 @c are no guards for thread safety, and inconsistent hooks may be found
1180 @c within signal handlers or left behind in case of cancellation.
1182 Calling @code{mcheck} tells @code{malloc} to perform occasional
1183 consistency checks.  These will catch things such as writing
1184 past the end of a block that was allocated with @code{malloc}.
1186 The @var{abortfn} argument is the function to call when an inconsistency
1187 is found.  If you supply a null pointer, then @code{mcheck} uses a
1188 default function which prints a message and calls @code{abort}
1189 (@pxref{Aborting a Program}).  The function you supply is called with
1190 one argument, which says what sort of inconsistency was detected; its
1191 type is described below.
1193 It is too late to begin allocation checking once you have allocated
1194 anything with @code{malloc}.  So @code{mcheck} does nothing in that
1195 case.  The function returns @code{-1} if you call it too late, and
1196 @code{0} otherwise (when it is successful).
1198 The easiest way to arrange to call @code{mcheck} early enough is to use
1199 the option @samp{-lmcheck} when you link your program; then you don't
1200 need to modify your program source at all.  Alternatively you might use
1201 a debugger to insert a call to @code{mcheck} whenever the program is
1202 started, for example these gdb commands will automatically call @code{mcheck}
1203 whenever the program starts:
1205 @smallexample
1206 (gdb) break main
1207 Breakpoint 1, main (argc=2, argv=0xbffff964) at whatever.c:10
1208 (gdb) command 1
1209 Type commands for when breakpoint 1 is hit, one per line.
1210 End with a line saying just "end".
1211 >call mcheck(0)
1212 >continue
1213 >end
1214 (gdb) @dots{}
1215 @end smallexample
1217 This will however only work if no initialization function of any object
1218 involved calls any of the @code{malloc} functions since @code{mcheck}
1219 must be called before the first such function.
1221 @end deftypefun
1223 @deftypefun {enum mcheck_status} mprobe (void *@var{pointer})
1224 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:mcheck} @mtasuconst{:malloc_hooks}}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1225 @c The linked list of headers may be modified concurrently by other
1226 @c threads, and it may find a partial update if called from a signal
1227 @c handler.  It's mostly read only, so cancelling it might be safe, but
1228 @c it will modify global state that, if cancellation hits at just the
1229 @c right spot, may be left behind inconsistent.  This path is only taken
1230 @c if checkhdr finds an inconsistency.  If the inconsistency could only
1231 @c occur because of earlier undefined behavior, that wouldn't be an
1232 @c additional safety issue problem, but because of the other concurrency
1233 @c issues in the mcheck hooks, the apparent inconsistency could be the
1234 @c result of mcheck's own internal data race.  So, AC-Unsafe it is.
1236 The @code{mprobe} function lets you explicitly check for inconsistencies
1237 in a particular allocated block.  You must have already called
1238 @code{mcheck} at the beginning of the program, to do its occasional
1239 checks; calling @code{mprobe} requests an additional consistency check
1240 to be done at the time of the call.
1242 The argument @var{pointer} must be a pointer returned by @code{malloc}
1243 or @code{realloc}.  @code{mprobe} returns a value that says what
1244 inconsistency, if any, was found.  The values are described below.
1245 @end deftypefun
1247 @deftp {Data Type} {enum mcheck_status}
1248 This enumerated type describes what kind of inconsistency was detected
1249 in an allocated block, if any.  Here are the possible values:
1251 @table @code
1252 @item MCHECK_DISABLED
1253 @code{mcheck} was not called before the first allocation.
1254 No consistency checking can be done.
1255 @item MCHECK_OK
1256 No inconsistency detected.
1257 @item MCHECK_HEAD
1258 The data immediately before the block was modified.
1259 This commonly happens when an array index or pointer
1260 is decremented too far.
1261 @item MCHECK_TAIL
1262 The data immediately after the block was modified.
1263 This commonly happens when an array index or pointer
1264 is incremented too far.
1265 @item MCHECK_FREE
1266 The block was already freed.
1267 @end table
1268 @end deftp
1270 Another possibility to check for and guard against bugs in the use of
1271 @code{malloc}, @code{realloc} and @code{free} is to set the environment
1272 variable @code{MALLOC_CHECK_}.  When @code{MALLOC_CHECK_} is set, a
1273 special (less efficient) implementation is used which is designed to be
1274 tolerant against simple errors, such as double calls of @code{free} with
1275 the same argument, or overruns of a single byte (off-by-one bugs).  Not
1276 all such errors can be protected against, however, and memory leaks can
1277 result.  If @code{MALLOC_CHECK_} is set to @code{0}, any detected heap
1278 corruption is silently ignored; if set to @code{1}, a diagnostic is
1279 printed on @code{stderr}; if set to @code{2}, @code{abort} is called
1280 immediately.  This can be useful because otherwise a crash may happen
1281 much later, and the true cause for the problem is then very hard to
1282 track down.
1284 There is one problem with @code{MALLOC_CHECK_}: in SUID or SGID binaries
1285 it could possibly be exploited since diverging from the normal programs
1286 behavior it now writes something to the standard error descriptor.
1287 Therefore the use of @code{MALLOC_CHECK_} is disabled by default for
1288 SUID and SGID binaries.  It can be enabled again by the system
1289 administrator by adding a file @file{/etc/suid-debug} (the content is
1290 not important it could be empty).
1292 So, what's the difference between using @code{MALLOC_CHECK_} and linking
1293 with @samp{-lmcheck}?  @code{MALLOC_CHECK_} is orthogonal with respect to
1294 @samp{-lmcheck}.  @samp{-lmcheck} has been added for backward
1295 compatibility.  Both @code{MALLOC_CHECK_} and @samp{-lmcheck} should
1296 uncover the same bugs - but using @code{MALLOC_CHECK_} you don't need to
1297 recompile your application.
1299 @node Hooks for Malloc
1300 @subsubsection Memory Allocation Hooks
1301 @cindex allocation hooks, for @code{malloc}
1303 @Theglibc{} lets you modify the behavior of @code{malloc},
1304 @code{realloc}, and @code{free} by specifying appropriate hook
1305 functions.  You can use these hooks to help you debug programs that use
1306 dynamic memory allocation, for example.
1308 The hook variables are declared in @file{malloc.h}.
1309 @pindex malloc.h
1311 @comment malloc.h
1312 @comment GNU
1313 @defvar __malloc_hook
1314 The value of this variable is a pointer to the function that
1315 @code{malloc} uses whenever it is called.  You should define this
1316 function to look like @code{malloc}; that is, like:
1318 @smallexample
1319 void *@var{function} (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1320 @end smallexample
1322 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1323 the @code{malloc} function was called.  This value allows you to trace
1324 the memory consumption of the program.
1325 @end defvar
1327 @comment malloc.h
1328 @comment GNU
1329 @defvar __realloc_hook
1330 The value of this variable is a pointer to function that @code{realloc}
1331 uses whenever it is called.  You should define this function to look
1332 like @code{realloc}; that is, like:
1334 @smallexample
1335 void *@var{function} (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1336 @end smallexample
1338 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1339 the @code{realloc} function was called.  This value allows you to trace the
1340 memory consumption of the program.
1341 @end defvar
1343 @comment malloc.h
1344 @comment GNU
1345 @defvar __free_hook
1346 The value of this variable is a pointer to function that @code{free}
1347 uses whenever it is called.  You should define this function to look
1348 like @code{free}; that is, like:
1350 @smallexample
1351 void @var{function} (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
1352 @end smallexample
1354 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1355 the @code{free} function was called.  This value allows you to trace the
1356 memory consumption of the program.
1357 @end defvar
1359 @comment malloc.h
1360 @comment GNU
1361 @defvar __memalign_hook
1362 The value of this variable is a pointer to function that @code{aligned_alloc},
1363 @code{memalign}, @code{posix_memalign} and @code{valloc} use whenever they
1364 are called.  You should define this function to look like @code{aligned_alloc};
1365 that is, like:
1367 @smallexample
1368 void *@var{function} (size_t @var{alignment}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1369 @end smallexample
1371 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1372 the @code{aligned_alloc}, @code{memalign}, @code{posix_memalign} or
1373 @code{valloc} functions are called.  This value allows you to trace the
1374 memory consumption of the program.
1375 @end defvar
1377 You must make sure that the function you install as a hook for one of
1378 these functions does not call that function recursively without restoring
1379 the old value of the hook first!  Otherwise, your program will get stuck
1380 in an infinite recursion.  Before calling the function recursively, one
1381 should make sure to restore all the hooks to their previous value.  When
1382 coming back from the recursive call, all the hooks should be resaved
1383 since a hook might modify itself.
1385 @comment malloc.h
1386 @comment GNU
1387 @defvar __malloc_initialize_hook
1388 The value of this variable is a pointer to a function that is called
1389 once when the malloc implementation is initialized.  This is a weak
1390 variable, so it can be overridden in the application with a definition
1391 like the following:
1393 @smallexample
1394 void (*@var{__malloc_initialize_hook}) (void) = my_init_hook;
1395 @end smallexample
1396 @end defvar
1398 An issue to look out for is the time at which the malloc hook functions
1399 can be safely installed.  If the hook functions call the malloc-related
1400 functions recursively, it is necessary that malloc has already properly
1401 initialized itself at the time when @code{__malloc_hook} etc. is
1402 assigned to.  On the other hand, if the hook functions provide a
1403 complete malloc implementation of their own, it is vital that the hooks
1404 are assigned to @emph{before} the very first @code{malloc} call has
1405 completed, because otherwise a chunk obtained from the ordinary,
1406 un-hooked malloc may later be handed to @code{__free_hook}, for example.
1408 In both cases, the problem can be solved by setting up the hooks from
1409 within a user-defined function pointed to by
1410 @code{__malloc_initialize_hook}---then the hooks will be set up safely
1411 at the right time.
1413 Here is an example showing how to use @code{__malloc_hook} and
1414 @code{__free_hook} properly.  It installs a function that prints out
1415 information every time @code{malloc} or @code{free} is called.  We just
1416 assume here that @code{realloc} and @code{memalign} are not used in our
1417 program.
1419 @smallexample
1420 /* Prototypes for __malloc_hook, __free_hook */
1421 #include <malloc.h>
1423 /* Prototypes for our hooks.  */
1424 static void my_init_hook (void);
1425 static void *my_malloc_hook (size_t, const void *);
1426 static void my_free_hook (void*, const void *);
1428 /* Override initializing hook from the C library. */
1429 void (*__malloc_initialize_hook) (void) = my_init_hook;
1431 static void
1432 my_init_hook (void)
1434   old_malloc_hook = __malloc_hook;
1435   old_free_hook = __free_hook;
1436   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1437   __free_hook = my_free_hook;
1440 static void *
1441 my_malloc_hook (size_t size, const void *caller)
1443   void *result;
1444   /* Restore all old hooks */
1445   __malloc_hook = old_malloc_hook;
1446   __free_hook = old_free_hook;
1447   /* Call recursively */
1448   result = malloc (size);
1449   /* Save underlying hooks */
1450   old_malloc_hook = __malloc_hook;
1451   old_free_hook = __free_hook;
1452   /* @r{@code{printf} might call @code{malloc}, so protect it too.} */
1453   printf ("malloc (%u) returns %p\n", (unsigned int) size, result);
1454   /* Restore our own hooks */
1455   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1456   __free_hook = my_free_hook;
1457   return result;
1460 static void
1461 my_free_hook (void *ptr, const void *caller)
1463   /* Restore all old hooks */
1464   __malloc_hook = old_malloc_hook;
1465   __free_hook = old_free_hook;
1466   /* Call recursively */
1467   free (ptr);
1468   /* Save underlying hooks */
1469   old_malloc_hook = __malloc_hook;
1470   old_free_hook = __free_hook;
1471   /* @r{@code{printf} might call @code{free}, so protect it too.} */
1472   printf ("freed pointer %p\n", ptr);
1473   /* Restore our own hooks */
1474   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1475   __free_hook = my_free_hook;
1478 main ()
1480   @dots{}
1482 @end smallexample
1484 The @code{mcheck} function (@pxref{Heap Consistency Checking}) works by
1485 installing such hooks.
1487 @c __morecore, __after_morecore_hook are undocumented
1488 @c It's not clear whether to document them.
1490 @node Statistics of Malloc
1491 @subsubsection Statistics for Memory Allocation with @code{malloc}
1493 @cindex allocation statistics
1494 You can get information about dynamic memory allocation by calling the
1495 @code{mallinfo} function.  This function and its associated data type
1496 are declared in @file{malloc.h}; they are an extension of the standard
1497 SVID/XPG version.
1498 @pindex malloc.h
1500 @comment malloc.h
1501 @comment GNU
1502 @deftp {Data Type} {struct mallinfo}
1503 This structure type is used to return information about the dynamic
1504 memory allocator.  It contains the following members:
1506 @table @code
1507 @item int arena
1508 This is the total size of memory allocated with @code{sbrk} by
1509 @code{malloc}, in bytes.
1511 @item int ordblks
1512 This is the number of chunks not in use.  (The memory allocator
1513 internally gets chunks of memory from the operating system, and then
1514 carves them up to satisfy individual @code{malloc} requests; see
1515 @ref{Efficiency and Malloc}.)
1517 @item int smblks
1518 This field is unused.
1520 @item int hblks
1521 This is the total number of chunks allocated with @code{mmap}.
1523 @item int hblkhd
1524 This is the total size of memory allocated with @code{mmap}, in bytes.
1526 @item int usmblks
1527 This field is unused.
1529 @item int fsmblks
1530 This field is unused.
1532 @item int uordblks
1533 This is the total size of memory occupied by chunks handed out by
1534 @code{malloc}.
1536 @item int fordblks
1537 This is the total size of memory occupied by free (not in use) chunks.
1539 @item int keepcost
1540 This is the size of the top-most releasable chunk that normally
1541 borders the end of the heap (i.e., the high end of the virtual address
1542 space's data segment).
1544 @end table
1545 @end deftp
1547 @comment malloc.h
1548 @comment SVID
1549 @deftypefun {struct mallinfo} mallinfo (void)
1550 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtuinit{} @mtasuconst{:mallopt}}@asunsafe{@asuinit{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @aculock{}}}
1551 @c Accessing mp_.n_mmaps and mp_.max_mmapped_mem, modified with atomics
1552 @c but non-atomically elsewhere, may get us inconsistent results.  We
1553 @c mark the statistics as unsafe, rather than the fast-path functions
1554 @c that collect the possibly inconsistent data.
1556 @c __libc_mallinfo @mtuinit @mtasuconst:mallopt @asuinit @asulock @aculock
1557 @c  ptmalloc_init (once) dup @mtsenv @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1558 @c  mutex_lock dup @asulock @aculock
1559 @c  int_mallinfo @mtasuconst:mallopt [mp_ access on main_arena]
1560 @c   malloc_consolidate dup ok
1561 @c   check_malloc_state dup ok/disabled
1562 @c   chunksize dup ok
1563 @c   fastbin dupo ok
1564 @c   bin_at dup ok
1565 @c   last dup ok
1566 @c  mutex_unlock @aculock
1568 This function returns information about the current dynamic memory usage
1569 in a structure of type @code{struct mallinfo}.
1570 @end deftypefun
1572 @node Summary of Malloc
1573 @subsubsection Summary of @code{malloc}-Related Functions
1575 Here is a summary of the functions that work with @code{malloc}:
1577 @table @code
1578 @item void *malloc (size_t @var{size})
1579 Allocate a block of @var{size} bytes.  @xref{Basic Allocation}.
1581 @item void free (void *@var{addr})
1582 Free a block previously allocated by @code{malloc}.  @xref{Freeing after
1583 Malloc}.
1585 @item void *realloc (void *@var{addr}, size_t @var{size})
1586 Make a block previously allocated by @code{malloc} larger or smaller,
1587 possibly by copying it to a new location.  @xref{Changing Block Size}.
1589 @item void *calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
1590 Allocate a block of @var{count} * @var{eltsize} bytes using
1591 @code{malloc}, and set its contents to zero.  @xref{Allocating Cleared
1592 Space}.
1594 @item void *valloc (size_t @var{size})
1595 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on a page boundary.
1596 @xref{Aligned Memory Blocks}.
1598 @item void *aligned_alloc (size_t @var{size}, size_t @var{alignment})
1599 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1600 multiple of @var{alignment}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1602 @item int posix_memalign (void **@var{memptr}, size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
1603 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1604 multiple of @var{alignment}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1606 @item void *memalign (size_t @var{size}, size_t @var{boundary})
1607 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1608 multiple of @var{boundary}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1610 @item int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
1611 Adjust a tunable parameter.  @xref{Malloc Tunable Parameters}.
1613 @item int mcheck (void (*@var{abortfn}) (void))
1614 Tell @code{malloc} to perform occasional consistency checks on
1615 dynamically allocated memory, and to call @var{abortfn} when an
1616 inconsistency is found.  @xref{Heap Consistency Checking}.
1618 @item void *(*__malloc_hook) (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1619 A pointer to a function that @code{malloc} uses whenever it is called.
1621 @item void *(*__realloc_hook) (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1622 A pointer to a function that @code{realloc} uses whenever it is called.
1624 @item void (*__free_hook) (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
1625 A pointer to a function that @code{free} uses whenever it is called.
1627 @item void (*__memalign_hook) (size_t @var{size}, size_t @var{alignment}, const void *@var{caller})
1628 A pointer to a function that @code{aligned_alloc}, @code{memalign},
1629 @code{posix_memalign} and @code{valloc} use whenever they are called.
1631 @item struct mallinfo mallinfo (void)
1632 Return information about the current dynamic memory usage.
1633 @xref{Statistics of Malloc}.
1634 @end table
1636 @node Allocation Debugging
1637 @subsection Allocation Debugging
1638 @cindex allocation debugging
1639 @cindex malloc debugger
1641 A complicated task when programming with languages which do not use
1642 garbage collected dynamic memory allocation is to find memory leaks.
1643 Long running programs must assure that dynamically allocated objects are
1644 freed at the end of their lifetime.  If this does not happen the system
1645 runs out of memory, sooner or later.
1647 The @code{malloc} implementation in @theglibc{} provides some
1648 simple means to detect such leaks and obtain some information to find
1649 the location.  To do this the application must be started in a special
1650 mode which is enabled by an environment variable.  There are no speed
1651 penalties for the program if the debugging mode is not enabled.
1653 @menu
1654 * Tracing malloc::               How to install the tracing functionality.
1655 * Using the Memory Debugger::    Example programs excerpts.
1656 * Tips for the Memory Debugger:: Some more or less clever ideas.
1657 * Interpreting the traces::      What do all these lines mean?
1658 @end menu
1660 @node Tracing malloc
1661 @subsubsection How to install the tracing functionality
1663 @comment mcheck.h
1664 @comment GNU
1665 @deftypefun void mtrace (void)
1666 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtsenv{} @mtasurace{:mtrace} @mtasuconst{:malloc_hooks} @mtuinit{}}@asunsafe{@asuinit{} @ascuheap{} @asucorrupt{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @acucorrupt{} @aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
1667 @c Like the mcheck hooks, these are not designed with thread safety in
1668 @c mind, because the hook pointers are temporarily modified without
1669 @c regard to other threads, signals or cancellation.
1671 @c mtrace @mtuinit @mtasurace:mtrace @mtsenv @asuinit @ascuheap @asucorrupt @acuinit @acucorrupt @aculock @acsfd @acsmem
1672 @c  __libc_secure_getenv dup @mtsenv
1673 @c  malloc dup @ascuheap @acsmem
1674 @c  fopen dup @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1675 @c  fcntl dup ok
1676 @c  setvbuf dup @aculock
1677 @c  fprintf dup (on newly-created stream) @aculock
1678 @c  __cxa_atexit (once) dup @asulock @aculock @acsmem
1679 @c  free dup @ascuheap @acsmem
1680 When the @code{mtrace} function is called it looks for an environment
1681 variable named @code{MALLOC_TRACE}.  This variable is supposed to
1682 contain a valid file name.  The user must have write access.  If the
1683 file already exists it is truncated.  If the environment variable is not
1684 set or it does not name a valid file which can be opened for writing
1685 nothing is done.  The behavior of @code{malloc} etc. is not changed.
1686 For obvious reasons this also happens if the application is installed
1687 with the SUID or SGID bit set.
1689 If the named file is successfully opened, @code{mtrace} installs special
1690 handlers for the functions @code{malloc}, @code{realloc}, and
1691 @code{free} (@pxref{Hooks for Malloc}).  From then on, all uses of these
1692 functions are traced and protocolled into the file.  There is now of
1693 course a speed penalty for all calls to the traced functions so tracing
1694 should not be enabled during normal use.
1696 This function is a GNU extension and generally not available on other
1697 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1698 @end deftypefun
1700 @comment mcheck.h
1701 @comment GNU
1702 @deftypefun void muntrace (void)
1703 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:mtrace} @mtasuconst{:malloc_hooks} @mtslocale{}}@asunsafe{@asucorrupt{} @ascuheap{}}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{} @aculock{} @acsfd{}}}
1705 @c muntrace @mtasurace:mtrace @mtslocale @asucorrupt @ascuheap @acucorrupt @acsmem @aculock @acsfd
1706 @c  fprintf (fputs) dup @mtslocale @asucorrupt @ascuheap @acsmem @aculock @acucorrupt
1707 @c  fclose dup @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1708 The @code{muntrace} function can be called after @code{mtrace} was used
1709 to enable tracing the @code{malloc} calls.  If no (successful) call of
1710 @code{mtrace} was made @code{muntrace} does nothing.
1712 Otherwise it deinstalls the handlers for @code{malloc}, @code{realloc},
1713 and @code{free} and then closes the protocol file.  No calls are
1714 protocolled anymore and the program runs again at full speed.
1716 This function is a GNU extension and generally not available on other
1717 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1718 @end deftypefun
1720 @node Using the Memory Debugger
1721 @subsubsection Example program excerpts
1723 Even though the tracing functionality does not influence the runtime
1724 behavior of the program it is not a good idea to call @code{mtrace} in
1725 all programs.  Just imagine that you debug a program using @code{mtrace}
1726 and all other programs used in the debugging session also trace their
1727 @code{malloc} calls.  The output file would be the same for all programs
1728 and thus is unusable.  Therefore one should call @code{mtrace} only if
1729 compiled for debugging.  A program could therefore start like this:
1731 @example
1732 #include <mcheck.h>
1735 main (int argc, char *argv[])
1737 #ifdef DEBUGGING
1738   mtrace ();
1739 #endif
1740   @dots{}
1742 @end example
1744 This is all what is needed if you want to trace the calls during the
1745 whole runtime of the program.  Alternatively you can stop the tracing at
1746 any time with a call to @code{muntrace}.  It is even possible to restart
1747 the tracing again with a new call to @code{mtrace}.  But this can cause
1748 unreliable results since there may be calls of the functions which are
1749 not called.  Please note that not only the application uses the traced
1750 functions, also libraries (including the C library itself) use these
1751 functions.
1753 This last point is also why it is no good idea to call @code{muntrace}
1754 before the program terminated.  The libraries are informed about the
1755 termination of the program only after the program returns from
1756 @code{main} or calls @code{exit} and so cannot free the memory they use
1757 before this time.
1759 So the best thing one can do is to call @code{mtrace} as the very first
1760 function in the program and never call @code{muntrace}.  So the program
1761 traces almost all uses of the @code{malloc} functions (except those
1762 calls which are executed by constructors of the program or used
1763 libraries).
1765 @node Tips for the Memory Debugger
1766 @subsubsection Some more or less clever ideas
1768 You know the situation.  The program is prepared for debugging and in
1769 all debugging sessions it runs well.  But once it is started without
1770 debugging the error shows up.  A typical example is a memory leak that
1771 becomes visible only when we turn off the debugging.  If you foresee
1772 such situations you can still win.  Simply use something equivalent to
1773 the following little program:
1775 @example
1776 #include <mcheck.h>
1777 #include <signal.h>
1779 static void
1780 enable (int sig)
1782   mtrace ();
1783   signal (SIGUSR1, enable);
1786 static void
1787 disable (int sig)
1789   muntrace ();
1790   signal (SIGUSR2, disable);
1794 main (int argc, char *argv[])
1796   @dots{}
1798   signal (SIGUSR1, enable);
1799   signal (SIGUSR2, disable);
1801   @dots{}
1803 @end example
1805 I.e., the user can start the memory debugger any time s/he wants if the
1806 program was started with @code{MALLOC_TRACE} set in the environment.
1807 The output will of course not show the allocations which happened before
1808 the first signal but if there is a memory leak this will show up
1809 nevertheless.
1811 @node Interpreting the traces
1812 @subsubsection Interpreting the traces
1814 If you take a look at the output it will look similar to this:
1816 @example
1817 = Start
1818 @ [0x8048209] - 0x8064cc8
1819 @ [0x8048209] - 0x8064ce0
1820 @ [0x8048209] - 0x8064cf8
1821 @ [0x80481eb] + 0x8064c48 0x14
1822 @ [0x80481eb] + 0x8064c60 0x14
1823 @ [0x80481eb] + 0x8064c78 0x14
1824 @ [0x80481eb] + 0x8064c90 0x14
1825 = End
1826 @end example
1828 What this all means is not really important since the trace file is not
1829 meant to be read by a human.  Therefore no attention is given to
1830 readability.  Instead there is a program which comes with @theglibc{}
1831 which interprets the traces and outputs a summary in an
1832 user-friendly way.  The program is called @code{mtrace} (it is in fact a
1833 Perl script) and it takes one or two arguments.  In any case the name of
1834 the file with the trace output must be specified.  If an optional
1835 argument precedes the name of the trace file this must be the name of
1836 the program which generated the trace.
1838 @example
1839 drepper$ mtrace tst-mtrace log
1840 No memory leaks.
1841 @end example
1843 In this case the program @code{tst-mtrace} was run and it produced a
1844 trace file @file{log}.  The message printed by @code{mtrace} shows there
1845 are no problems with the code, all allocated memory was freed
1846 afterwards.
1848 If we call @code{mtrace} on the example trace given above we would get a
1849 different outout:
1851 @example
1852 drepper$ mtrace errlog
1853 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd 0x8048209
1854 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd 0x8048209
1855 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd 0x8048209
1857 Memory not freed:
1858 -----------------
1859    Address     Size     Caller
1860 0x08064c48     0x14  at 0x80481eb
1861 0x08064c60     0x14  at 0x80481eb
1862 0x08064c78     0x14  at 0x80481eb
1863 0x08064c90     0x14  at 0x80481eb
1864 @end example
1866 We have called @code{mtrace} with only one argument and so the script
1867 has no chance to find out what is meant with the addresses given in the
1868 trace.  We can do better:
1870 @example
1871 drepper$ mtrace tst errlog
1872 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1873 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1874 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1876 Memory not freed:
1877 -----------------
1878    Address     Size     Caller
1879 0x08064c48     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1880 0x08064c60     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1881 0x08064c78     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1882 0x08064c90     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1883 @end example
1885 Suddenly the output makes much more sense and the user can see
1886 immediately where the function calls causing the trouble can be found.
1888 Interpreting this output is not complicated.  There are at most two
1889 different situations being detected.  First, @code{free} was called for
1890 pointers which were never returned by one of the allocation functions.
1891 This is usually a very bad problem and what this looks like is shown in
1892 the first three lines of the output.  Situations like this are quite
1893 rare and if they appear they show up very drastically: the program
1894 normally crashes.
1896 The other situation which is much harder to detect are memory leaks.  As
1897 you can see in the output the @code{mtrace} function collects all this
1898 information and so can say that the program calls an allocation function
1899 from line 33 in the source file @file{/home/drepper/tst-mtrace.c} four
1900 times without freeing this memory before the program terminates.
1901 Whether this is a real problem remains to be investigated.
1903 @node Obstacks
1904 @subsection Obstacks
1905 @cindex obstacks
1907 An @dfn{obstack} is a pool of memory containing a stack of objects.  You
1908 can create any number of separate obstacks, and then allocate objects in
1909 specified obstacks.  Within each obstack, the last object allocated must
1910 always be the first one freed, but distinct obstacks are independent of
1911 each other.
1913 Aside from this one constraint of order of freeing, obstacks are totally
1914 general: an obstack can contain any number of objects of any size.  They
1915 are implemented with macros, so allocation is usually very fast as long as
1916 the objects are usually small.  And the only space overhead per object is
1917 the padding needed to start each object on a suitable boundary.
1919 @menu
1920 * Creating Obstacks::           How to declare an obstack in your program.
1921 * Preparing for Obstacks::      Preparations needed before you can
1922                                  use obstacks.
1923 * Allocation in an Obstack::    Allocating objects in an obstack.
1924 * Freeing Obstack Objects::     Freeing objects in an obstack.
1925 * Obstack Functions::           The obstack functions are both
1926                                  functions and macros.
1927 * Growing Objects::             Making an object bigger by stages.
1928 * Extra Fast Growing::          Extra-high-efficiency (though more
1929                                  complicated) growing objects.
1930 * Status of an Obstack::        Inquiries about the status of an obstack.
1931 * Obstacks Data Alignment::     Controlling alignment of objects in obstacks.
1932 * Obstack Chunks::              How obstacks obtain and release chunks;
1933                                  efficiency considerations.
1934 * Summary of Obstacks::
1935 @end menu
1937 @node Creating Obstacks
1938 @subsubsection Creating Obstacks
1940 The utilities for manipulating obstacks are declared in the header
1941 file @file{obstack.h}.
1942 @pindex obstack.h
1944 @comment obstack.h
1945 @comment GNU
1946 @deftp {Data Type} {struct obstack}
1947 An obstack is represented by a data structure of type @code{struct
1948 obstack}.  This structure has a small fixed size; it records the status
1949 of the obstack and how to find the space in which objects are allocated.
1950 It does not contain any of the objects themselves.  You should not try
1951 to access the contents of the structure directly; use only the functions
1952 described in this chapter.
1953 @end deftp
1955 You can declare variables of type @code{struct obstack} and use them as
1956 obstacks, or you can allocate obstacks dynamically like any other kind
1957 of object.  Dynamic allocation of obstacks allows your program to have a
1958 variable number of different stacks.  (You can even allocate an
1959 obstack structure in another obstack, but this is rarely useful.)
1961 All the functions that work with obstacks require you to specify which
1962 obstack to use.  You do this with a pointer of type @code{struct obstack
1963 *}.  In the following, we often say ``an obstack'' when strictly
1964 speaking the object at hand is such a pointer.
1966 The objects in the obstack are packed into large blocks called
1967 @dfn{chunks}.  The @code{struct obstack} structure points to a chain of
1968 the chunks currently in use.
1970 The obstack library obtains a new chunk whenever you allocate an object
1971 that won't fit in the previous chunk.  Since the obstack library manages
1972 chunks automatically, you don't need to pay much attention to them, but
1973 you do need to supply a function which the obstack library should use to
1974 get a chunk.  Usually you supply a function which uses @code{malloc}
1975 directly or indirectly.  You must also supply a function to free a chunk.
1976 These matters are described in the following section.
1978 @node Preparing for Obstacks
1979 @subsubsection Preparing for Using Obstacks
1981 Each source file in which you plan to use the obstack functions
1982 must include the header file @file{obstack.h}, like this:
1984 @smallexample
1985 #include <obstack.h>
1986 @end smallexample
1988 @findex obstack_chunk_alloc
1989 @findex obstack_chunk_free
1990 Also, if the source file uses the macro @code{obstack_init}, it must
1991 declare or define two functions or macros that will be called by the
1992 obstack library.  One, @code{obstack_chunk_alloc}, is used to allocate
1993 the chunks of memory into which objects are packed.  The other,
1994 @code{obstack_chunk_free}, is used to return chunks when the objects in
1995 them are freed.  These macros should appear before any use of obstacks
1996 in the source file.
1998 Usually these are defined to use @code{malloc} via the intermediary
1999 @code{xmalloc} (@pxref{Unconstrained Allocation}).  This is done with
2000 the following pair of macro definitions:
2002 @smallexample
2003 #define obstack_chunk_alloc xmalloc
2004 #define obstack_chunk_free free
2005 @end smallexample
2007 @noindent
2008 Though the memory you get using obstacks really comes from @code{malloc},
2009 using obstacks is faster because @code{malloc} is called less often, for
2010 larger blocks of memory.  @xref{Obstack Chunks}, for full details.
2012 At run time, before the program can use a @code{struct obstack} object
2013 as an obstack, it must initialize the obstack by calling
2014 @code{obstack_init}.
2016 @comment obstack.h
2017 @comment GNU
2018 @deftypefun int obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2019 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{@acsmem{}}}
2020 @c obstack_init @mtsrace:obstack-ptr @acsmem
2021 @c  _obstack_begin @acsmem
2022 @c    chunkfun = obstack_chunk_alloc (suggested malloc)
2023 @c    freefun = obstack_chunk_free (suggested free)
2024 @c   *chunkfun @acsmem
2025 @c    obstack_chunk_alloc user-supplied
2026 @c   *obstack_alloc_failed_handler user-supplied
2027 @c    -> print_and_abort (default)
2029 @c print_and_abort
2030 @c  _ dup @ascuintl
2031 @c  fxprintf dup @asucorrupt @aculock @acucorrupt
2032 @c  exit @acucorrupt?
2033 Initialize obstack @var{obstack-ptr} for allocation of objects.  This
2034 function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function.  If
2035 allocation of memory fails, the function pointed to by
2036 @code{obstack_alloc_failed_handler} is called.  The @code{obstack_init}
2037 function always returns 1 (Compatibility notice: Former versions of
2038 obstack returned 0 if allocation failed).
2039 @end deftypefun
2041 Here are two examples of how to allocate the space for an obstack and
2042 initialize it.  First, an obstack that is a static variable:
2044 @smallexample
2045 static struct obstack myobstack;
2046 @dots{}
2047 obstack_init (&myobstack);
2048 @end smallexample
2050 @noindent
2051 Second, an obstack that is itself dynamically allocated:
2053 @smallexample
2054 struct obstack *myobstack_ptr
2055   = (struct obstack *) xmalloc (sizeof (struct obstack));
2057 obstack_init (myobstack_ptr);
2058 @end smallexample
2060 @comment obstack.h
2061 @comment GNU
2062 @defvar obstack_alloc_failed_handler
2063 The value of this variable is a pointer to a function that
2064 @code{obstack} uses when @code{obstack_chunk_alloc} fails to allocate
2065 memory.  The default action is to print a message and abort.
2066 You should supply a function that either calls @code{exit}
2067 (@pxref{Program Termination}) or @code{longjmp} (@pxref{Non-Local
2068 Exits}) and doesn't return.
2070 @smallexample
2071 void my_obstack_alloc_failed (void)
2072 @dots{}
2073 obstack_alloc_failed_handler = &my_obstack_alloc_failed;
2074 @end smallexample
2076 @end defvar
2078 @node Allocation in an Obstack
2079 @subsubsection Allocation in an Obstack
2080 @cindex allocation (obstacks)
2082 The most direct way to allocate an object in an obstack is with
2083 @code{obstack_alloc}, which is invoked almost like @code{malloc}.
2085 @comment obstack.h
2086 @comment GNU
2087 @deftypefun {void *} obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2088 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2089 @c obstack_alloc @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2090 @c  obstack_blank dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2091 @c  obstack_finish dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2092 This allocates an uninitialized block of @var{size} bytes in an obstack
2093 and returns its address.  Here @var{obstack-ptr} specifies which obstack
2094 to allocate the block in; it is the address of the @code{struct obstack}
2095 object which represents the obstack.  Each obstack function or macro
2096 requires you to specify an @var{obstack-ptr} as the first argument.
2098 This function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function if
2099 it needs to allocate a new chunk of memory; it calls
2100 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
2101 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
2102 @end deftypefun
2104 For example, here is a function that allocates a copy of a string @var{str}
2105 in a specific obstack, which is in the variable @code{string_obstack}:
2107 @smallexample
2108 struct obstack string_obstack;
2110 char *
2111 copystring (char *string)
2113   size_t len = strlen (string) + 1;
2114   char *s = (char *) obstack_alloc (&string_obstack, len);
2115   memcpy (s, string, len);
2116   return s;
2118 @end smallexample
2120 To allocate a block with specified contents, use the function
2121 @code{obstack_copy}, declared like this:
2123 @comment obstack.h
2124 @comment GNU
2125 @deftypefun {void *} obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2126 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2127 @c obstack_copy @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2128 @c  obstack_grow dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2129 @c  obstack_finish dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2130 This allocates a block and initializes it by copying @var{size}
2131 bytes of data starting at @var{address}.  It calls
2132 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
2133 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
2134 @end deftypefun
2136 @comment obstack.h
2137 @comment GNU
2138 @deftypefun {void *} obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2139 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2140 @c obstack_copy0 @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2141 @c  obstack_grow0 dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2142 @c  obstack_finish dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2143 Like @code{obstack_copy}, but appends an extra byte containing a null
2144 character.  This extra byte is not counted in the argument @var{size}.
2145 @end deftypefun
2147 The @code{obstack_copy0} function is convenient for copying a sequence
2148 of characters into an obstack as a null-terminated string.  Here is an
2149 example of its use:
2151 @smallexample
2152 char *
2153 obstack_savestring (char *addr, int size)
2155   return obstack_copy0 (&myobstack, addr, size);
2157 @end smallexample
2159 @noindent
2160 Contrast this with the previous example of @code{savestring} using
2161 @code{malloc} (@pxref{Basic Allocation}).
2163 @node Freeing Obstack Objects
2164 @subsubsection Freeing Objects in an Obstack
2165 @cindex freeing (obstacks)
2167 To free an object allocated in an obstack, use the function
2168 @code{obstack_free}.  Since the obstack is a stack of objects, freeing
2169 one object automatically frees all other objects allocated more recently
2170 in the same obstack.
2172 @comment obstack.h
2173 @comment GNU
2174 @deftypefun void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
2175 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
2176 @c obstack_free @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2177 @c  (obstack_free) @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2178 @c   *freefun dup user-supplied
2179 If @var{object} is a null pointer, everything allocated in the obstack
2180 is freed.  Otherwise, @var{object} must be the address of an object
2181 allocated in the obstack.  Then @var{object} is freed, along with
2182 everything allocated in @var{obstack} since @var{object}.
2183 @end deftypefun
2185 Note that if @var{object} is a null pointer, the result is an
2186 uninitialized obstack.  To free all memory in an obstack but leave it
2187 valid for further allocation, call @code{obstack_free} with the address
2188 of the first object allocated on the obstack:
2190 @smallexample
2191 obstack_free (obstack_ptr, first_object_allocated_ptr);
2192 @end smallexample
2194 Recall that the objects in an obstack are grouped into chunks.  When all
2195 the objects in a chunk become free, the obstack library automatically
2196 frees the chunk (@pxref{Preparing for Obstacks}).  Then other
2197 obstacks, or non-obstack allocation, can reuse the space of the chunk.
2199 @node Obstack Functions
2200 @subsubsection Obstack Functions and Macros
2201 @cindex macros
2203 The interfaces for using obstacks may be defined either as functions or
2204 as macros, depending on the compiler.  The obstack facility works with
2205 all C compilers, including both @w{ISO C} and traditional C, but there are
2206 precautions you must take if you plan to use compilers other than GNU C.
2208 If you are using an old-fashioned @w{non-ISO C} compiler, all the obstack
2209 ``functions'' are actually defined only as macros.  You can call these
2210 macros like functions, but you cannot use them in any other way (for
2211 example, you cannot take their address).
2213 Calling the macros requires a special precaution: namely, the first
2214 operand (the obstack pointer) may not contain any side effects, because
2215 it may be computed more than once.  For example, if you write this:
2217 @smallexample
2218 obstack_alloc (get_obstack (), 4);
2219 @end smallexample
2221 @noindent
2222 you will find that @code{get_obstack} may be called several times.
2223 If you use @code{*obstack_list_ptr++} as the obstack pointer argument,
2224 you will get very strange results since the incrementation may occur
2225 several times.
2227 In @w{ISO C}, each function has both a macro definition and a function
2228 definition.  The function definition is used if you take the address of the
2229 function without calling it.  An ordinary call uses the macro definition by
2230 default, but you can request the function definition instead by writing the
2231 function name in parentheses, as shown here:
2233 @smallexample
2234 char *x;
2235 void *(*funcp) ();
2236 /* @r{Use the macro}.  */
2237 x = (char *) obstack_alloc (obptr, size);
2238 /* @r{Call the function}.  */
2239 x = (char *) (obstack_alloc) (obptr, size);
2240 /* @r{Take the address of the function}.  */
2241 funcp = obstack_alloc;
2242 @end smallexample
2244 @noindent
2245 This is the same situation that exists in @w{ISO C} for the standard library
2246 functions.  @xref{Macro Definitions}.
2248 @strong{Warning:} When you do use the macros, you must observe the
2249 precaution of avoiding side effects in the first operand, even in @w{ISO C}.
2251 If you use the GNU C compiler, this precaution is not necessary, because
2252 various language extensions in GNU C permit defining the macros so as to
2253 compute each argument only once.
2255 @node Growing Objects
2256 @subsubsection Growing Objects
2257 @cindex growing objects (in obstacks)
2258 @cindex changing the size of a block (obstacks)
2260 Because memory in obstack chunks is used sequentially, it is possible to
2261 build up an object step by step, adding one or more bytes at a time to the
2262 end of the object.  With this technique, you do not need to know how much
2263 data you will put in the object until you come to the end of it.  We call
2264 this the technique of @dfn{growing objects}.  The special functions
2265 for adding data to the growing object are described in this section.
2267 You don't need to do anything special when you start to grow an object.
2268 Using one of the functions to add data to the object automatically
2269 starts it.  However, it is necessary to say explicitly when the object is
2270 finished.  This is done with the function @code{obstack_finish}.
2272 The actual address of the object thus built up is not known until the
2273 object is finished.  Until then, it always remains possible that you will
2274 add so much data that the object must be copied into a new chunk.
2276 While the obstack is in use for a growing object, you cannot use it for
2277 ordinary allocation of another object.  If you try to do so, the space
2278 already added to the growing object will become part of the other object.
2280 @comment obstack.h
2281 @comment GNU
2282 @deftypefun void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2283 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2284 @c obstack_blank @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2285 @c  _obstack_newchunk @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2286 @c   *chunkfun dup @acsmem
2287 @c   *obstack_alloc_failed_handler dup user-supplied
2288 @c   *freefun
2289 @c  obstack_blank_fast dup @mtsrace:obstack-ptr
2290 The most basic function for adding to a growing object is
2291 @code{obstack_blank}, which adds space without initializing it.
2292 @end deftypefun
2294 @comment obstack.h
2295 @comment GNU
2296 @deftypefun void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
2297 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2298 @c obstack_grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2299 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2300 @c  memcpy ok
2301 To add a block of initialized space, use @code{obstack_grow}, which is
2302 the growing-object analogue of @code{obstack_copy}.  It adds @var{size}
2303 bytes of data to the growing object, copying the contents from
2304 @var{data}.
2305 @end deftypefun
2307 @comment obstack.h
2308 @comment GNU
2309 @deftypefun void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
2310 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2311 @c obstack_grow0 @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2312 @c   (no sequence point between storing NUL and incrementing next_free)
2313 @c   (multiple changes to next_free => @acucorrupt)
2314 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2315 @c  memcpy ok
2316 This is the growing-object analogue of @code{obstack_copy0}.  It adds
2317 @var{size} bytes copied from @var{data}, followed by an additional null
2318 character.
2319 @end deftypefun
2321 @comment obstack.h
2322 @comment GNU
2323 @deftypefun void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
2324 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2325 @c obstack_1grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2326 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2327 @c  obstack_1grow_fast dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2328 To add one character at a time, use the function @code{obstack_1grow}.
2329 It adds a single byte containing @var{c} to the growing object.
2330 @end deftypefun
2332 @comment obstack.h
2333 @comment GNU
2334 @deftypefun void obstack_ptr_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
2335 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2336 @c obstack_ptr_grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2337 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2338 @c  obstack_ptr_grow_fast dup @mtsrace:obstack-ptr
2339 Adding the value of a pointer one can use the function
2340 @code{obstack_ptr_grow}.  It adds @code{sizeof (void *)} bytes
2341 containing the value of @var{data}.
2342 @end deftypefun
2344 @comment obstack.h
2345 @comment GNU
2346 @deftypefun void obstack_int_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
2347 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2348 @c obstack_int_grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2349 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2350 @c  obstack_int_grow_fast dup @mtsrace:obstack-ptr
2351 A single value of type @code{int} can be added by using the
2352 @code{obstack_int_grow} function.  It adds @code{sizeof (int)} bytes to
2353 the growing object and initializes them with the value of @var{data}.
2354 @end deftypefun
2356 @comment obstack.h
2357 @comment GNU
2358 @deftypefun {void *} obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2359 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
2360 @c obstack_finish @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2361 When you are finished growing the object, use the function
2362 @code{obstack_finish} to close it off and return its final address.
2364 Once you have finished the object, the obstack is available for ordinary
2365 allocation or for growing another object.
2367 This function can return a null pointer under the same conditions as
2368 @code{obstack_alloc} (@pxref{Allocation in an Obstack}).
2369 @end deftypefun
2371 When you build an object by growing it, you will probably need to know
2372 afterward how long it became.  You need not keep track of this as you grow
2373 the object, because you can find out the length from the obstack just
2374 before finishing the object with the function @code{obstack_object_size},
2375 declared as follows:
2377 @comment obstack.h
2378 @comment GNU
2379 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2380 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2381 This function returns the current size of the growing object, in bytes.
2382 Remember to call this function @emph{before} finishing the object.
2383 After it is finished, @code{obstack_object_size} will return zero.
2384 @end deftypefun
2386 If you have started growing an object and wish to cancel it, you should
2387 finish it and then free it, like this:
2389 @smallexample
2390 obstack_free (obstack_ptr, obstack_finish (obstack_ptr));
2391 @end smallexample
2393 @noindent
2394 This has no effect if no object was growing.
2396 @cindex shrinking objects
2397 You can use @code{obstack_blank} with a negative size argument to make
2398 the current object smaller.  Just don't try to shrink it beyond zero
2399 length---there's no telling what will happen if you do that.
2401 @node Extra Fast Growing
2402 @subsubsection Extra Fast Growing Objects
2403 @cindex efficiency and obstacks
2405 The usual functions for growing objects incur overhead for checking
2406 whether there is room for the new growth in the current chunk.  If you
2407 are frequently constructing objects in small steps of growth, this
2408 overhead can be significant.
2410 You can reduce the overhead by using special ``fast growth''
2411 functions that grow the object without checking.  In order to have a
2412 robust program, you must do the checking yourself.  If you do this checking
2413 in the simplest way each time you are about to add data to the object, you
2414 have not saved anything, because that is what the ordinary growth
2415 functions do.  But if you can arrange to check less often, or check
2416 more efficiently, then you make the program faster.
2418 The function @code{obstack_room} returns the amount of room available
2419 in the current chunk.  It is declared as follows:
2421 @comment obstack.h
2422 @comment GNU
2423 @deftypefun int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2424 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2425 This returns the number of bytes that can be added safely to the current
2426 growing object (or to an object about to be started) in obstack
2427 @var{obstack} using the fast growth functions.
2428 @end deftypefun
2430 While you know there is room, you can use these fast growth functions
2431 for adding data to a growing object:
2433 @comment obstack.h
2434 @comment GNU
2435 @deftypefun void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
2436 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2437 @c obstack_1grow_fast @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2438 @c   (no sequence point between copying c and incrementing next_free)
2439 The function @code{obstack_1grow_fast} adds one byte containing the
2440 character @var{c} to the growing object in obstack @var{obstack-ptr}.
2441 @end deftypefun
2443 @comment obstack.h
2444 @comment GNU
2445 @deftypefun void obstack_ptr_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
2446 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2447 @c obstack_ptr_grow_fast @mtsrace:obstack-ptr
2448 The function @code{obstack_ptr_grow_fast} adds @code{sizeof (void *)}
2449 bytes containing the value of @var{data} to the growing object in
2450 obstack @var{obstack-ptr}.
2451 @end deftypefun
2453 @comment obstack.h
2454 @comment GNU
2455 @deftypefun void obstack_int_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
2456 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2457 @c obstack_int_grow_fast @mtsrace:obstack-ptr
2458 The function @code{obstack_int_grow_fast} adds @code{sizeof (int)} bytes
2459 containing the value of @var{data} to the growing object in obstack
2460 @var{obstack-ptr}.
2461 @end deftypefun
2463 @comment obstack.h
2464 @comment GNU
2465 @deftypefun void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2466 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2467 @c obstack_blank_fast @mtsrace:obstack-ptr
2468 The function @code{obstack_blank_fast} adds @var{size} bytes to the
2469 growing object in obstack @var{obstack-ptr} without initializing them.
2470 @end deftypefun
2472 When you check for space using @code{obstack_room} and there is not
2473 enough room for what you want to add, the fast growth functions
2474 are not safe.  In this case, simply use the corresponding ordinary
2475 growth function instead.  Very soon this will copy the object to a
2476 new chunk; then there will be lots of room available again.
2478 So, each time you use an ordinary growth function, check afterward for
2479 sufficient space using @code{obstack_room}.  Once the object is copied
2480 to a new chunk, there will be plenty of space again, so the program will
2481 start using the fast growth functions again.
2483 Here is an example:
2485 @smallexample
2486 @group
2487 void
2488 add_string (struct obstack *obstack, const char *ptr, int len)
2490   while (len > 0)
2491     @{
2492       int room = obstack_room (obstack);
2493       if (room == 0)
2494         @{
2495           /* @r{Not enough room.  Add one character slowly,}
2496              @r{which may copy to a new chunk and make room.}  */
2497           obstack_1grow (obstack, *ptr++);
2498           len--;
2499         @}
2500       else
2501         @{
2502           if (room > len)
2503             room = len;
2504           /* @r{Add fast as much as we have room for.} */
2505           len -= room;
2506           while (room-- > 0)
2507             obstack_1grow_fast (obstack, *ptr++);
2508         @}
2509     @}
2511 @end group
2512 @end smallexample
2514 @node Status of an Obstack
2515 @subsubsection Status of an Obstack
2516 @cindex obstack status
2517 @cindex status of obstack
2519 Here are functions that provide information on the current status of
2520 allocation in an obstack.  You can use them to learn about an object while
2521 still growing it.
2523 @comment obstack.h
2524 @comment GNU
2525 @deftypefun {void *} obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2526 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acsafe{}}
2527 This function returns the tentative address of the beginning of the
2528 currently growing object in @var{obstack-ptr}.  If you finish the object
2529 immediately, it will have that address.  If you make it larger first, it
2530 may outgrow the current chunk---then its address will change!
2532 If no object is growing, this value says where the next object you
2533 allocate will start (once again assuming it fits in the current
2534 chunk).
2535 @end deftypefun
2537 @comment obstack.h
2538 @comment GNU
2539 @deftypefun {void *} obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2540 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acsafe{}}
2541 This function returns the address of the first free byte in the current
2542 chunk of obstack @var{obstack-ptr}.  This is the end of the currently
2543 growing object.  If no object is growing, @code{obstack_next_free}
2544 returns the same value as @code{obstack_base}.
2545 @end deftypefun
2547 @comment obstack.h
2548 @comment GNU
2549 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2550 @c dup
2551 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2552 This function returns the size in bytes of the currently growing object.
2553 This is equivalent to
2555 @smallexample
2556 obstack_next_free (@var{obstack-ptr}) - obstack_base (@var{obstack-ptr})
2557 @end smallexample
2558 @end deftypefun
2560 @node Obstacks Data Alignment
2561 @subsubsection Alignment of Data in Obstacks
2562 @cindex alignment (in obstacks)
2564 Each obstack has an @dfn{alignment boundary}; each object allocated in
2565 the obstack automatically starts on an address that is a multiple of the
2566 specified boundary.  By default, this boundary is aligned so that
2567 the object can hold any type of data.
2569 To access an obstack's alignment boundary, use the macro
2570 @code{obstack_alignment_mask}, whose function prototype looks like
2571 this:
2573 @comment obstack.h
2574 @comment GNU
2575 @deftypefn Macro int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2576 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2577 The value is a bit mask; a bit that is 1 indicates that the corresponding
2578 bit in the address of an object should be 0.  The mask value should be one
2579 less than a power of 2; the effect is that all object addresses are
2580 multiples of that power of 2.  The default value of the mask is a value
2581 that allows aligned objects to hold any type of data: for example, if
2582 its value is 3, any type of data can be stored at locations whose
2583 addresses are multiples of 4.  A mask value of 0 means an object can start
2584 on any multiple of 1 (that is, no alignment is required).
2586 The expansion of the macro @code{obstack_alignment_mask} is an lvalue,
2587 so you can alter the mask by assignment.  For example, this statement:
2589 @smallexample
2590 obstack_alignment_mask (obstack_ptr) = 0;
2591 @end smallexample
2593 @noindent
2594 has the effect of turning off alignment processing in the specified obstack.
2595 @end deftypefn
2597 Note that a change in alignment mask does not take effect until
2598 @emph{after} the next time an object is allocated or finished in the
2599 obstack.  If you are not growing an object, you can make the new
2600 alignment mask take effect immediately by calling @code{obstack_finish}.
2601 This will finish a zero-length object and then do proper alignment for
2602 the next object.
2604 @node Obstack Chunks
2605 @subsubsection Obstack Chunks
2606 @cindex efficiency of chunks
2607 @cindex chunks
2609 Obstacks work by allocating space for themselves in large chunks, and
2610 then parceling out space in the chunks to satisfy your requests.  Chunks
2611 are normally 4096 bytes long unless you specify a different chunk size.
2612 The chunk size includes 8 bytes of overhead that are not actually used
2613 for storing objects.  Regardless of the specified size, longer chunks
2614 will be allocated when necessary for long objects.
2616 The obstack library allocates chunks by calling the function
2617 @code{obstack_chunk_alloc}, which you must define.  When a chunk is no
2618 longer needed because you have freed all the objects in it, the obstack
2619 library frees the chunk by calling @code{obstack_chunk_free}, which you
2620 must also define.
2622 These two must be defined (as macros) or declared (as functions) in each
2623 source file that uses @code{obstack_init} (@pxref{Creating Obstacks}).
2624 Most often they are defined as macros like this:
2626 @smallexample
2627 #define obstack_chunk_alloc malloc
2628 #define obstack_chunk_free free
2629 @end smallexample
2631 Note that these are simple macros (no arguments).  Macro definitions with
2632 arguments will not work!  It is necessary that @code{obstack_chunk_alloc}
2633 or @code{obstack_chunk_free}, alone, expand into a function name if it is
2634 not itself a function name.
2636 If you allocate chunks with @code{malloc}, the chunk size should be a
2637 power of 2.  The default chunk size, 4096, was chosen because it is long
2638 enough to satisfy many typical requests on the obstack yet short enough
2639 not to waste too much memory in the portion of the last chunk not yet used.
2641 @comment obstack.h
2642 @comment GNU
2643 @deftypefn Macro int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2644 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2645 This returns the chunk size of the given obstack.
2646 @end deftypefn
2648 Since this macro expands to an lvalue, you can specify a new chunk size by
2649 assigning it a new value.  Doing so does not affect the chunks already
2650 allocated, but will change the size of chunks allocated for that particular
2651 obstack in the future.  It is unlikely to be useful to make the chunk size
2652 smaller, but making it larger might improve efficiency if you are
2653 allocating many objects whose size is comparable to the chunk size.  Here
2654 is how to do so cleanly:
2656 @smallexample
2657 if (obstack_chunk_size (obstack_ptr) < @var{new-chunk-size})
2658   obstack_chunk_size (obstack_ptr) = @var{new-chunk-size};
2659 @end smallexample
2661 @node Summary of Obstacks
2662 @subsubsection Summary of Obstack Functions
2664 Here is a summary of all the functions associated with obstacks.  Each
2665 takes the address of an obstack (@code{struct obstack *}) as its first
2666 argument.
2668 @table @code
2669 @item void obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2670 Initialize use of an obstack.  @xref{Creating Obstacks}.
2672 @item void *obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2673 Allocate an object of @var{size} uninitialized bytes.
2674 @xref{Allocation in an Obstack}.
2676 @item void *obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2677 Allocate an object of @var{size} bytes, with contents copied from
2678 @var{address}.  @xref{Allocation in an Obstack}.
2680 @item void *obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2681 Allocate an object of @var{size}+1 bytes, with @var{size} of them copied
2682 from @var{address}, followed by a null character at the end.
2683 @xref{Allocation in an Obstack}.
2685 @item void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
2686 Free @var{object} (and everything allocated in the specified obstack
2687 more recently than @var{object}).  @xref{Freeing Obstack Objects}.
2689 @item void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2690 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object.
2691 @xref{Growing Objects}.
2693 @item void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2694 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object.
2695 @xref{Growing Objects}.
2697 @item void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2698 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object,
2699 and then add another byte containing a null character.  @xref{Growing
2700 Objects}.
2702 @item void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2703 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object.
2704 @xref{Growing Objects}.
2706 @item void *obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2707 Finalize the object that is growing and return its permanent address.
2708 @xref{Growing Objects}.
2710 @item int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2711 Get the current size of the currently growing object.  @xref{Growing
2712 Objects}.
2714 @item void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2715 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object without checking
2716 that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2718 @item void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2719 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object without
2720 checking that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2722 @item int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2723 Get the amount of room now available for growing the current object.
2724 @xref{Extra Fast Growing}.
2726 @item int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2727 The mask used for aligning the beginning of an object.  This is an
2728 lvalue.  @xref{Obstacks Data Alignment}.
2730 @item int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2731 The size for allocating chunks.  This is an lvalue.  @xref{Obstack Chunks}.
2733 @item void *obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2734 Tentative starting address of the currently growing object.
2735 @xref{Status of an Obstack}.
2737 @item void *obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2738 Address just after the end of the currently growing object.
2739 @xref{Status of an Obstack}.
2740 @end table
2742 @node Variable Size Automatic
2743 @subsection Automatic Storage with Variable Size
2744 @cindex automatic freeing
2745 @cindex @code{alloca} function
2746 @cindex automatic storage with variable size
2748 The function @code{alloca} supports a kind of half-dynamic allocation in
2749 which blocks are allocated dynamically but freed automatically.
2751 Allocating a block with @code{alloca} is an explicit action; you can
2752 allocate as many blocks as you wish, and compute the size at run time.  But
2753 all the blocks are freed when you exit the function that @code{alloca} was
2754 called from, just as if they were automatic variables declared in that
2755 function.  There is no way to free the space explicitly.
2757 The prototype for @code{alloca} is in @file{stdlib.h}.  This function is
2758 a BSD extension.
2759 @pindex stdlib.h
2761 @comment stdlib.h
2762 @comment GNU, BSD
2763 @deftypefun {void *} alloca (size_t @var{size})
2764 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2765 The return value of @code{alloca} is the address of a block of @var{size}
2766 bytes of memory, allocated in the stack frame of the calling function.
2767 @end deftypefun
2769 Do not use @code{alloca} inside the arguments of a function call---you
2770 will get unpredictable results, because the stack space for the
2771 @code{alloca} would appear on the stack in the middle of the space for
2772 the function arguments.  An example of what to avoid is @code{foo (x,
2773 alloca (4), y)}.
2774 @c This might get fixed in future versions of GCC, but that won't make
2775 @c it safe with compilers generally.
2777 @menu
2778 * Alloca Example::              Example of using @code{alloca}.
2779 * Advantages of Alloca::        Reasons to use @code{alloca}.
2780 * Disadvantages of Alloca::     Reasons to avoid @code{alloca}.
2781 * GNU C Variable-Size Arrays::  Only in GNU C, here is an alternative
2782                                  method of allocating dynamically and
2783                                  freeing automatically.
2784 @end menu
2786 @node Alloca Example
2787 @subsubsection @code{alloca} Example
2789 As an example of the use of @code{alloca}, here is a function that opens
2790 a file name made from concatenating two argument strings, and returns a
2791 file descriptor or minus one signifying failure:
2793 @smallexample
2795 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2797   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2798   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2799   return open (name, flags, mode);
2801 @end smallexample
2803 @noindent
2804 Here is how you would get the same results with @code{malloc} and
2805 @code{free}:
2807 @smallexample
2809 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2811   char *name = (char *) malloc (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2812   int desc;
2813   if (name == 0)
2814     fatal ("virtual memory exceeded");
2815   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2816   desc = open (name, flags, mode);
2817   free (name);
2818   return desc;
2820 @end smallexample
2822 As you can see, it is simpler with @code{alloca}.  But @code{alloca} has
2823 other, more important advantages, and some disadvantages.
2825 @node Advantages of Alloca
2826 @subsubsection Advantages of @code{alloca}
2828 Here are the reasons why @code{alloca} may be preferable to @code{malloc}:
2830 @itemize @bullet
2831 @item
2832 Using @code{alloca} wastes very little space and is very fast.  (It is
2833 open-coded by the GNU C compiler.)
2835 @item
2836 Since @code{alloca} does not have separate pools for different sizes of
2837 block, space used for any size block can be reused for any other size.
2838 @code{alloca} does not cause memory fragmentation.
2840 @item
2841 @cindex longjmp
2842 Nonlocal exits done with @code{longjmp} (@pxref{Non-Local Exits})
2843 automatically free the space allocated with @code{alloca} when they exit
2844 through the function that called @code{alloca}.  This is the most
2845 important reason to use @code{alloca}.
2847 To illustrate this, suppose you have a function
2848 @code{open_or_report_error} which returns a descriptor, like
2849 @code{open}, if it succeeds, but does not return to its caller if it
2850 fails.  If the file cannot be opened, it prints an error message and
2851 jumps out to the command level of your program using @code{longjmp}.
2852 Let's change @code{open2} (@pxref{Alloca Example}) to use this
2853 subroutine:@refill
2855 @smallexample
2857 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2859   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2860   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2861   return open_or_report_error (name, flags, mode);
2863 @end smallexample
2865 @noindent
2866 Because of the way @code{alloca} works, the memory it allocates is
2867 freed even when an error occurs, with no special effort required.
2869 By contrast, the previous definition of @code{open2} (which uses
2870 @code{malloc} and @code{free}) would develop a memory leak if it were
2871 changed in this way.  Even if you are willing to make more changes to
2872 fix it, there is no easy way to do so.
2873 @end itemize
2875 @node Disadvantages of Alloca
2876 @subsubsection Disadvantages of @code{alloca}
2878 @cindex @code{alloca} disadvantages
2879 @cindex disadvantages of @code{alloca}
2880 These are the disadvantages of @code{alloca} in comparison with
2881 @code{malloc}:
2883 @itemize @bullet
2884 @item
2885 If you try to allocate more memory than the machine can provide, you
2886 don't get a clean error message.  Instead you get a fatal signal like
2887 the one you would get from an infinite recursion; probably a
2888 segmentation violation (@pxref{Program Error Signals}).
2890 @item
2891 Some @nongnusystems{} fail to support @code{alloca}, so it is less
2892 portable.  However, a slower emulation of @code{alloca} written in C
2893 is available for use on systems with this deficiency.
2894 @end itemize
2896 @node GNU C Variable-Size Arrays
2897 @subsubsection GNU C Variable-Size Arrays
2898 @cindex variable-sized arrays
2900 In GNU C, you can replace most uses of @code{alloca} with an array of
2901 variable size.  Here is how @code{open2} would look then:
2903 @smallexample
2904 int open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2906   char name[strlen (str1) + strlen (str2) + 1];
2907   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2908   return open (name, flags, mode);
2910 @end smallexample
2912 But @code{alloca} is not always equivalent to a variable-sized array, for
2913 several reasons:
2915 @itemize @bullet
2916 @item
2917 A variable size array's space is freed at the end of the scope of the
2918 name of the array.  The space allocated with @code{alloca}
2919 remains until the end of the function.
2921 @item
2922 It is possible to use @code{alloca} within a loop, allocating an
2923 additional block on each iteration.  This is impossible with
2924 variable-sized arrays.
2925 @end itemize
2927 @strong{NB:} If you mix use of @code{alloca} and variable-sized arrays
2928 within one function, exiting a scope in which a variable-sized array was
2929 declared frees all blocks allocated with @code{alloca} during the
2930 execution of that scope.
2933 @node Resizing the Data Segment
2934 @section Resizing the Data Segment
2936 The symbols in this section are declared in @file{unistd.h}.
2938 You will not normally use the functions in this section, because the
2939 functions described in @ref{Memory Allocation} are easier to use.  Those
2940 are interfaces to a @glibcadj{} memory allocator that uses the
2941 functions below itself.  The functions below are simple interfaces to
2942 system calls.
2944 @comment unistd.h
2945 @comment BSD
2946 @deftypefun int brk (void *@var{addr})
2947 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2949 @code{brk} sets the high end of the calling process' data segment to
2950 @var{addr}.
2952 The address of the end of a segment is defined to be the address of the
2953 last byte in the segment plus 1.
2955 The function has no effect if @var{addr} is lower than the low end of
2956 the data segment.  (This is considered success, by the way).
2958 The function fails if it would cause the data segment to overlap another
2959 segment or exceed the process' data storage limit (@pxref{Limits on
2960 Resources}).
2962 The function is named for a common historical case where data storage
2963 and the stack are in the same segment.  Data storage allocation grows
2964 upward from the bottom of the segment while the stack grows downward
2965 toward it from the top of the segment and the curtain between them is
2966 called the @dfn{break}.
2968 The return value is zero on success.  On failure, the return value is
2969 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The following @code{errno}
2970 values are specific to this function:
2972 @table @code
2973 @item ENOMEM
2974 The request would cause the data segment to overlap another segment or
2975 exceed the process' data storage limit.
2976 @end table
2978 @c The Brk system call in Linux (as opposed to the GNU C Library function)
2979 @c is considerably different.  It always returns the new end of the data
2980 @c segment, whether it succeeds or fails.  The GNU C library Brk determines
2981 @c it's a failure if and only if the system call returns an address less
2982 @c than the address requested.
2984 @end deftypefun
2987 @comment unistd.h
2988 @comment BSD
2989 @deftypefun void *sbrk (ptrdiff_t @var{delta})
2990 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2992 This function is the same as @code{brk} except that you specify the new
2993 end of the data segment as an offset @var{delta} from the current end
2994 and on success the return value is the address of the resulting end of
2995 the data segment instead of zero.
2997 This means you can use @samp{sbrk(0)} to find out what the current end
2998 of the data segment is.
3000 @end deftypefun
3004 @node Locking Pages
3005 @section Locking Pages
3006 @cindex locking pages
3007 @cindex memory lock
3008 @cindex paging
3010 You can tell the system to associate a particular virtual memory page
3011 with a real page frame and keep it that way --- i.e., cause the page to
3012 be paged in if it isn't already and mark it so it will never be paged
3013 out and consequently will never cause a page fault.  This is called
3014 @dfn{locking} a page.
3016 The functions in this chapter lock and unlock the calling process'
3017 pages.
3019 @menu
3020 * Why Lock Pages::                Reasons to read this section.
3021 * Locked Memory Details::         Everything you need to know locked
3022                                     memory
3023 * Page Lock Functions::           Here's how to do it.
3024 @end menu
3026 @node Why Lock Pages
3027 @subsection Why Lock Pages
3029 Because page faults cause paged out pages to be paged in transparently,
3030 a process rarely needs to be concerned about locking pages.  However,
3031 there are two reasons people sometimes are:
3033 @itemize @bullet
3035 @item
3036 Speed.  A page fault is transparent only insofar as the process is not
3037 sensitive to how long it takes to do a simple memory access.  Time-critical
3038 processes, especially realtime processes, may not be able to wait or
3039 may not be able to tolerate variance in execution speed.
3040 @cindex realtime processing
3041 @cindex speed of execution
3043 A process that needs to lock pages for this reason probably also needs
3044 priority among other processes for use of the CPU.  @xref{Priority}.
3046 In some cases, the programmer knows better than the system's demand
3047 paging allocator which pages should remain in real memory to optimize
3048 system performance.  In this case, locking pages can help.
3050 @item
3051 Privacy.  If you keep secrets in virtual memory and that virtual memory
3052 gets paged out, that increases the chance that the secrets will get out.
3053 If a password gets written out to disk swap space, for example, it might
3054 still be there long after virtual and real memory have been wiped clean.
3056 @end itemize
3058 Be aware that when you lock a page, that's one fewer page frame that can
3059 be used to back other virtual memory (by the same or other processes),
3060 which can mean more page faults, which means the system runs more
3061 slowly.  In fact, if you lock enough memory, some programs may not be
3062 able to run at all for lack of real memory.
3064 @node Locked Memory Details
3065 @subsection Locked Memory Details
3067 A memory lock is associated with a virtual page, not a real frame.  The
3068 paging rule is: If a frame backs at least one locked page, don't page it
3069 out.
3071 Memory locks do not stack.  I.e., you can't lock a particular page twice
3072 so that it has to be unlocked twice before it is truly unlocked.  It is
3073 either locked or it isn't.
3075 A memory lock persists until the process that owns the memory explicitly
3076 unlocks it.  (But process termination and exec cause the virtual memory
3077 to cease to exist, which you might say means it isn't locked any more).
3079 Memory locks are not inherited by child processes.  (But note that on a
3080 modern Unix system, immediately after a fork, the parent's and the
3081 child's virtual address space are backed by the same real page frames,
3082 so the child enjoys the parent's locks).  @xref{Creating a Process}.
3084 Because of its ability to impact other processes, only the superuser can
3085 lock a page.  Any process can unlock its own page.
3087 The system sets limits on the amount of memory a process can have locked
3088 and the amount of real memory it can have dedicated to it.  @xref{Limits
3089 on Resources}.
3091 In Linux, locked pages aren't as locked as you might think.
3092 Two virtual pages that are not shared memory can nonetheless be backed
3093 by the same real frame.  The kernel does this in the name of efficiency
3094 when it knows both virtual pages contain identical data, and does it
3095 even if one or both of the virtual pages are locked.
3097 But when a process modifies one of those pages, the kernel must get it a
3098 separate frame and fill it with the page's data.  This is known as a
3099 @dfn{copy-on-write page fault}.  It takes a small amount of time and in
3100 a pathological case, getting that frame may require I/O.
3101 @cindex copy-on-write page fault
3102 @cindex page fault, copy-on-write
3104 To make sure this doesn't happen to your program, don't just lock the
3105 pages.  Write to them as well, unless you know you won't write to them
3106 ever.  And to make sure you have pre-allocated frames for your stack,
3107 enter a scope that declares a C automatic variable larger than the
3108 maximum stack size you will need, set it to something, then return from
3109 its scope.
3111 @node Page Lock Functions
3112 @subsection Functions To Lock And Unlock Pages
3114 The symbols in this section are declared in @file{sys/mman.h}.  These
3115 functions are defined by POSIX.1b, but their availability depends on
3116 your kernel.  If your kernel doesn't allow these functions, they exist
3117 but always fail.  They @emph{are} available with a Linux kernel.
3119 @strong{Portability Note:} POSIX.1b requires that when the @code{mlock}
3120 and @code{munlock} functions are available, the file @file{unistd.h}
3121 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK_RANGE} and the file
3122 @code{limits.h} define the macro @code{PAGESIZE} to be the size of a
3123 memory page in bytes.  It requires that when the @code{mlockall} and
3124 @code{munlockall} functions are available, the @file{unistd.h} file
3125 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK}.  @Theglibc{} conforms to
3126 this requirement.
3128 @comment sys/mman.h
3129 @comment POSIX.1b
3130 @deftypefun int mlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
3131 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3133 @code{mlock} locks a range of the calling process' virtual pages.
3135 The range of memory starts at address @var{addr} and is @var{len} bytes
3136 long.  Actually, since you must lock whole pages, it is the range of
3137 pages that include any part of the specified range.
3139 When the function returns successfully, each of those pages is backed by
3140 (connected to) a real frame (is resident) and is marked to stay that
3141 way.  This means the function may cause page-ins and have to wait for
3142 them.
3144 When the function fails, it does not affect the lock status of any
3145 pages.
3147 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
3148 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
3149 specific to this function are:
3151 @table @code
3152 @item ENOMEM
3153 @itemize @bullet
3154 @item
3155 At least some of the specified address range does not exist in the
3156 calling process' virtual address space.
3157 @item
3158 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
3159 @end itemize
3161 @item EPERM
3162 The calling process is not superuser.
3164 @item EINVAL
3165 @var{len} is not positive.
3167 @item ENOSYS
3168 The kernel does not provide @code{mlock} capability.
3170 @end table
3172 You can lock @emph{all} a process' memory with @code{mlockall}.  You
3173 unlock memory with @code{munlock} or @code{munlockall}.
3175 To avoid all page faults in a C program, you have to use
3176 @code{mlockall}, because some of the memory a program uses is hidden
3177 from the C code, e.g. the stack and automatic variables, and you
3178 wouldn't know what address to tell @code{mlock}.
3180 @end deftypefun
3182 @comment sys/mman.h
3183 @comment POSIX.1b
3184 @deftypefun int munlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
3185 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3187 @code{munlock} unlocks a range of the calling process' virtual pages.
3189 @code{munlock} is the inverse of @code{mlock} and functions completely
3190 analogously to @code{mlock}, except that there is no @code{EPERM}
3191 failure.
3193 @end deftypefun
3195 @comment sys/mman.h
3196 @comment POSIX.1b
3197 @deftypefun int mlockall (int @var{flags})
3198 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3200 @code{mlockall} locks all the pages in a process' virtual memory address
3201 space, and/or any that are added to it in the future.  This includes the
3202 pages of the code, data and stack segment, as well as shared libraries,
3203 user space kernel data, shared memory, and memory mapped files.
3205 @var{flags} is a string of single bit flags represented by the following
3206 macros.  They tell @code{mlockall} which of its functions you want.  All
3207 other bits must be zero.
3209 @table @code
3211 @item MCL_CURRENT
3212 Lock all pages which currently exist in the calling process' virtual
3213 address space.
3215 @item MCL_FUTURE
3216 Set a mode such that any pages added to the process' virtual address
3217 space in the future will be locked from birth.  This mode does not
3218 affect future address spaces owned by the same process so exec, which
3219 replaces a process' address space, wipes out @code{MCL_FUTURE}.
3220 @xref{Executing a File}.
3222 @end table
3224 When the function returns successfully, and you specified
3225 @code{MCL_CURRENT}, all of the process' pages are backed by (connected
3226 to) real frames (they are resident) and are marked to stay that way.
3227 This means the function may cause page-ins and have to wait for them.
3229 When the process is in @code{MCL_FUTURE} mode because it successfully
3230 executed this function and specified @code{MCL_CURRENT}, any system call
3231 by the process that requires space be added to its virtual address space
3232 fails with @code{errno} = @code{ENOMEM} if locking the additional space
3233 would cause the process to exceed its locked page limit.  In the case
3234 that the address space addition that can't be accommodated is stack
3235 expansion, the stack expansion fails and the kernel sends a
3236 @code{SIGSEGV} signal to the process.
3238 When the function fails, it does not affect the lock status of any pages
3239 or the future locking mode.
3241 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
3242 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
3243 specific to this function are:
3245 @table @code
3246 @item ENOMEM
3247 @itemize @bullet
3248 @item
3249 At least some of the specified address range does not exist in the
3250 calling process' virtual address space.
3251 @item
3252 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
3253 @end itemize
3255 @item EPERM
3256 The calling process is not superuser.
3258 @item EINVAL
3259 Undefined bits in @var{flags} are not zero.
3261 @item ENOSYS
3262 The kernel does not provide @code{mlockall} capability.
3264 @end table
3266 You can lock just specific pages with @code{mlock}.  You unlock pages
3267 with @code{munlockall} and @code{munlock}.
3269 @end deftypefun
3272 @comment sys/mman.h
3273 @comment POSIX.1b
3274 @deftypefun int munlockall (void)
3275 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3277 @code{munlockall} unlocks every page in the calling process' virtual
3278 address space and turn off @code{MCL_FUTURE} future locking mode.
3280 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
3281 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The only way this
3282 function can fail is for generic reasons that all functions and system
3283 calls can fail, so there are no specific @code{errno} values.
3285 @end deftypefun
3290 @ignore
3291 @c This was never actually implemented.  -zw
3292 @node Relocating Allocator
3293 @section Relocating Allocator
3295 @cindex relocating memory allocator
3296 Any system of dynamic memory allocation has overhead: the amount of
3297 space it uses is more than the amount the program asks for.  The
3298 @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by moving
3299 blocks in memory as necessary, on its own initiative.
3301 @c @menu
3302 @c * Relocator Concepts::               How to understand relocating allocation.
3303 @c * Using Relocator::          Functions for relocating allocation.
3304 @c @end menu
3306 @node Relocator Concepts
3307 @subsection Concepts of Relocating Allocation
3309 @ifinfo
3310 The @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by
3311 moving blocks in memory as necessary, on its own initiative.
3312 @end ifinfo
3314 When you allocate a block with @code{malloc}, the address of the block
3315 never changes unless you use @code{realloc} to change its size.  Thus,
3316 you can safely store the address in various places, temporarily or
3317 permanently, as you like.  This is not safe when you use the relocating
3318 memory allocator, because any and all relocatable blocks can move
3319 whenever you allocate memory in any fashion.  Even calling @code{malloc}
3320 or @code{realloc} can move the relocatable blocks.
3322 @cindex handle
3323 For each relocatable block, you must make a @dfn{handle}---a pointer
3324 object in memory, designated to store the address of that block.  The
3325 relocating allocator knows where each block's handle is, and updates the
3326 address stored there whenever it moves the block, so that the handle
3327 always points to the block.  Each time you access the contents of the
3328 block, you should fetch its address anew from the handle.
3330 To call any of the relocating allocator functions from a signal handler
3331 is almost certainly incorrect, because the signal could happen at any
3332 time and relocate all the blocks.  The only way to make this safe is to
3333 block the signal around any access to the contents of any relocatable
3334 block---not a convenient mode of operation.  @xref{Nonreentrancy}.
3336 @node Using Relocator
3337 @subsection Allocating and Freeing Relocatable Blocks
3339 @pindex malloc.h
3340 In the descriptions below, @var{handleptr} designates the address of the
3341 handle.  All the functions are declared in @file{malloc.h}; all are GNU
3342 extensions.
3344 @comment malloc.h
3345 @comment GNU
3346 @c @deftypefun {void *} r_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
3347 This function allocates a relocatable block of size @var{size}.  It
3348 stores the block's address in @code{*@var{handleptr}} and returns
3349 a non-null pointer to indicate success.
3351 If @code{r_alloc} can't get the space needed, it stores a null pointer
3352 in @code{*@var{handleptr}}, and returns a null pointer.
3353 @end deftypefun
3355 @comment malloc.h
3356 @comment GNU
3357 @c @deftypefun void r_alloc_free (void **@var{handleptr})
3358 This function is the way to free a relocatable block.  It frees the
3359 block that @code{*@var{handleptr}} points to, and stores a null pointer
3360 in @code{*@var{handleptr}} to show it doesn't point to an allocated
3361 block any more.
3362 @end deftypefun
3364 @comment malloc.h
3365 @comment GNU
3366 @c @deftypefun {void *} r_re_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
3367 The function @code{r_re_alloc} adjusts the size of the block that
3368 @code{*@var{handleptr}} points to, making it @var{size} bytes long.  It
3369 stores the address of the resized block in @code{*@var{handleptr}} and
3370 returns a non-null pointer to indicate success.
3372 If enough memory is not available, this function returns a null pointer
3373 and does not modify @code{*@var{handleptr}}.
3374 @end deftypefun
3375 @end ignore
3380 @ignore
3381 @comment No longer available...
3383 @comment @node Memory Warnings
3384 @comment @section Memory Usage Warnings
3385 @comment @cindex memory usage warnings
3386 @comment @cindex warnings of memory almost full
3388 @pindex malloc.c
3389 You can ask for warnings as the program approaches running out of memory
3390 space, by calling @code{memory_warnings}.  This tells @code{malloc} to
3391 check memory usage every time it asks for more memory from the operating
3392 system.  This is a GNU extension declared in @file{malloc.h}.
3394 @comment malloc.h
3395 @comment GNU
3396 @comment @deftypefun void memory_warnings (void *@var{start}, void (*@var{warn-func}) (const char *))
3397 Call this function to request warnings for nearing exhaustion of virtual
3398 memory.
3400 The argument @var{start} says where data space begins, in memory.  The
3401 allocator compares this against the last address used and against the
3402 limit of data space, to determine the fraction of available memory in
3403 use.  If you supply zero for @var{start}, then a default value is used
3404 which is right in most circumstances.
3406 For @var{warn-func}, supply a function that @code{malloc} can call to
3407 warn you.  It is called with a string (a warning message) as argument.
3408 Normally it ought to display the string for the user to read.
3409 @end deftypefun
3411 The warnings come when memory becomes 75% full, when it becomes 85%
3412 full, and when it becomes 95% full.  Above 95% you get another warning
3413 each time memory usage increases.
3415 @end ignore