Add a test for BZ #15674
[glibc.git] / manual / memory.texi
blob0c3d39efa8744fc27486abcb464a72869c974f4f
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 This function returns a pointer to a newly allocated block @var{size}
306 bytes long, or a null pointer if the block could not be allocated.
307 @end deftypefun
309 The contents of the block are undefined; you must initialize it yourself
310 (or use @code{calloc} instead; @pxref{Allocating Cleared Space}).
311 Normally you would cast the value as a pointer to the kind of object
312 that you want to store in the block.  Here we show an example of doing
313 so, and of initializing the space with zeros using the library function
314 @code{memset} (@pxref{Copying and Concatenation}):
316 @smallexample
317 struct foo *ptr;
318 @dots{}
319 ptr = (struct foo *) malloc (sizeof (struct foo));
320 if (ptr == 0) abort ();
321 memset (ptr, 0, sizeof (struct foo));
322 @end smallexample
324 You can store the result of @code{malloc} into any pointer variable
325 without a cast, because @w{ISO C} automatically converts the type
326 @code{void *} to another type of pointer when necessary.  But the cast
327 is necessary in contexts other than assignment operators or if you might
328 want your code to run in traditional C.
330 Remember that when allocating space for a string, the argument to
331 @code{malloc} must be one plus the length of the string.  This is
332 because a string is terminated with a null character that doesn't count
333 in the ``length'' of the string but does need space.  For example:
335 @smallexample
336 char *ptr;
337 @dots{}
338 ptr = (char *) malloc (length + 1);
339 @end smallexample
341 @noindent
342 @xref{Representation of Strings}, for more information about this.
344 @node Malloc Examples
345 @subsubsection Examples of @code{malloc}
347 If no more space is available, @code{malloc} returns a null pointer.
348 You should check the value of @emph{every} call to @code{malloc}.  It is
349 useful to write a subroutine that calls @code{malloc} and reports an
350 error if the value is a null pointer, returning only if the value is
351 nonzero.  This function is conventionally called @code{xmalloc}.  Here
352 it is:
354 @smallexample
355 void *
356 xmalloc (size_t size)
358   register void *value = malloc (size);
359   if (value == 0)
360     fatal ("virtual memory exhausted");
361   return value;
363 @end smallexample
365 Here is a real example of using @code{malloc} (by way of @code{xmalloc}).
366 The function @code{savestring} will copy a sequence of characters into
367 a newly allocated null-terminated string:
369 @smallexample
370 @group
371 char *
372 savestring (const char *ptr, size_t len)
374   register char *value = (char *) xmalloc (len + 1);
375   value[len] = '\0';
376   return (char *) memcpy (value, ptr, len);
378 @end group
379 @end smallexample
381 The block that @code{malloc} gives you is guaranteed to be aligned so
382 that it can hold any type of data.  On @gnusystems{}, the address is
383 always a multiple of eight on most systems, and a multiple of 16 on
384 64-bit systems.  Only rarely is any higher boundary (such as a page
385 boundary) necessary; for those cases, use @code{memalign},
386 @code{posix_memalign} or @code{valloc} (@pxref{Aligned Memory Blocks}).
388 Note that the memory located after the end of the block is likely to be
389 in use for something else; perhaps a block already allocated by another
390 call to @code{malloc}.  If you attempt to treat the block as longer than
391 you asked for it to be, you are liable to destroy the data that
392 @code{malloc} uses to keep track of its blocks, or you may destroy the
393 contents of another block.  If you have already allocated a block and
394 discover you want it to be bigger, use @code{realloc} (@pxref{Changing
395 Block Size}).
397 @node Freeing after Malloc
398 @subsubsection Freeing Memory Allocated with @code{malloc}
399 @cindex freeing memory allocated with @code{malloc}
400 @cindex heap, freeing memory from
402 When you no longer need a block that you got with @code{malloc}, use the
403 function @code{free} to make the block available to be allocated again.
404 The prototype for this function is in @file{stdlib.h}.
405 @pindex stdlib.h
407 @comment malloc.h stdlib.h
408 @comment ISO
409 @deftypefun void free (void *@var{ptr})
410 The @code{free} function deallocates the block of memory pointed at
411 by @var{ptr}.
412 @end deftypefun
414 @comment stdlib.h
415 @comment Sun
416 @deftypefun void cfree (void *@var{ptr})
417 This function does the same thing as @code{free}.  It's provided for
418 backward compatibility with SunOS; you should use @code{free} instead.
419 @end deftypefun
421 Freeing a block alters the contents of the block.  @strong{Do not expect to
422 find any data (such as a pointer to the next block in a chain of blocks) in
423 the block after freeing it.}  Copy whatever you need out of the block before
424 freeing it!  Here is an example of the proper way to free all the blocks in
425 a chain, and the strings that they point to:
427 @smallexample
428 struct chain
429   @{
430     struct chain *next;
431     char *name;
432   @}
434 void
435 free_chain (struct chain *chain)
437   while (chain != 0)
438     @{
439       struct chain *next = chain->next;
440       free (chain->name);
441       free (chain);
442       chain = next;
443     @}
445 @end smallexample
447 Occasionally, @code{free} can actually return memory to the operating
448 system and make the process smaller.  Usually, all it can do is allow a
449 later call to @code{malloc} to reuse the space.  In the meantime, the
450 space remains in your program as part of a free-list used internally by
451 @code{malloc}.
453 There is no point in freeing blocks at the end of a program, because all
454 of the program's space is given back to the system when the process
455 terminates.
457 @node Changing Block Size
458 @subsubsection Changing the Size of a Block
459 @cindex changing the size of a block (@code{malloc})
461 Often you do not know for certain how big a block you will ultimately need
462 at the time you must begin to use the block.  For example, the block might
463 be a buffer that you use to hold a line being read from a file; no matter
464 how long you make the buffer initially, you may encounter a line that is
465 longer.
467 You can make the block longer by calling @code{realloc}.  This function
468 is declared in @file{stdlib.h}.
469 @pindex stdlib.h
471 @comment malloc.h stdlib.h
472 @comment ISO
473 @deftypefun {void *} realloc (void *@var{ptr}, size_t @var{newsize})
474 The @code{realloc} function changes the size of the block whose address is
475 @var{ptr} to be @var{newsize}.
477 Since the space after the end of the block may be in use, @code{realloc}
478 may find it necessary to copy the block to a new address where more free
479 space is available.  The value of @code{realloc} is the new address of the
480 block.  If the block needs to be moved, @code{realloc} copies the old
481 contents.
483 If you pass a null pointer for @var{ptr}, @code{realloc} behaves just
484 like @samp{malloc (@var{newsize})}.  This can be convenient, but beware
485 that older implementations (before @w{ISO C}) may not support this
486 behavior, and will probably crash when @code{realloc} is passed a null
487 pointer.
488 @end deftypefun
490 Like @code{malloc}, @code{realloc} may return a null pointer if no
491 memory space is available to make the block bigger.  When this happens,
492 the original block is untouched; it has not been modified or relocated.
494 In most cases it makes no difference what happens to the original block
495 when @code{realloc} fails, because the application program cannot continue
496 when it is out of memory, and the only thing to do is to give a fatal error
497 message.  Often it is convenient to write and use a subroutine,
498 conventionally called @code{xrealloc}, that takes care of the error message
499 as @code{xmalloc} does for @code{malloc}:
501 @smallexample
502 void *
503 xrealloc (void *ptr, size_t size)
505   register void *value = realloc (ptr, size);
506   if (value == 0)
507     fatal ("Virtual memory exhausted");
508   return value;
510 @end smallexample
512 You can also use @code{realloc} to make a block smaller.  The reason you
513 would do this is to avoid tying up a lot of memory space when only a little
514 is needed.
515 @comment The following is no longer true with the new malloc.
516 @comment But it seems wise to keep the warning for other implementations.
517 In several allocation implementations, making a block smaller sometimes
518 necessitates copying it, so it can fail if no other space is available.
520 If the new size you specify is the same as the old size, @code{realloc}
521 is guaranteed to change nothing and return the same address that you gave.
523 @node Allocating Cleared Space
524 @subsubsection Allocating Cleared Space
526 The function @code{calloc} allocates memory and clears it to zero.  It
527 is declared in @file{stdlib.h}.
528 @pindex stdlib.h
530 @comment malloc.h stdlib.h
531 @comment ISO
532 @deftypefun {void *} calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
533 This function allocates a block long enough to contain a vector of
534 @var{count} elements, each of size @var{eltsize}.  Its contents are
535 cleared to zero before @code{calloc} returns.
536 @end deftypefun
538 You could define @code{calloc} as follows:
540 @smallexample
541 void *
542 calloc (size_t count, size_t eltsize)
544   size_t size = count * eltsize;
545   void *value = malloc (size);
546   if (value != 0)
547     memset (value, 0, size);
548   return value;
550 @end smallexample
552 But in general, it is not guaranteed that @code{calloc} calls
553 @code{malloc} internally.  Therefore, if an application provides its own
554 @code{malloc}/@code{realloc}/@code{free} outside the C library, it
555 should always define @code{calloc}, too.
557 @node Efficiency and Malloc
558 @subsubsection Efficiency Considerations for @code{malloc}
559 @cindex efficiency and @code{malloc}
564 @ignore
566 @c No longer true, see below instead.
567 To make the best use of @code{malloc}, it helps to know that the GNU
568 version of @code{malloc} always dispenses small amounts of memory in
569 blocks whose sizes are powers of two.  It keeps separate pools for each
570 power of two.  This holds for sizes up to a page size.  Therefore, if
571 you are free to choose the size of a small block in order to make
572 @code{malloc} more efficient, make it a power of two.
573 @c !!! xref getpagesize
575 Once a page is split up for a particular block size, it can't be reused
576 for another size unless all the blocks in it are freed.  In many
577 programs, this is unlikely to happen.  Thus, you can sometimes make a
578 program use memory more efficiently by using blocks of the same size for
579 many different purposes.
581 When you ask for memory blocks of a page or larger, @code{malloc} uses a
582 different strategy; it rounds the size up to a multiple of a page, and
583 it can coalesce and split blocks as needed.
585 The reason for the two strategies is that it is important to allocate
586 and free small blocks as fast as possible, but speed is less important
587 for a large block since the program normally spends a fair amount of
588 time using it.  Also, large blocks are normally fewer in number.
589 Therefore, for large blocks, it makes sense to use a method which takes
590 more time to minimize the wasted space.
592 @end ignore
594 As opposed to other versions, the @code{malloc} in @theglibc{}
595 does not round up block sizes to powers of two, neither for large nor
596 for small sizes.  Neighboring chunks can be coalesced on a @code{free}
597 no matter what their size is.  This makes the implementation suitable
598 for all kinds of allocation patterns without generally incurring high
599 memory waste through fragmentation.
601 Very large blocks (much larger than a page) are allocated with
602 @code{mmap} (anonymous or via @code{/dev/zero}) by this implementation.
603 This has the great advantage that these chunks are returned to the
604 system immediately when they are freed.  Therefore, it cannot happen
605 that a large chunk becomes ``locked'' in between smaller ones and even
606 after calling @code{free} wastes memory.  The size threshold for
607 @code{mmap} to be used can be adjusted with @code{mallopt}.  The use of
608 @code{mmap} can also be disabled completely.
610 @node Aligned Memory Blocks
611 @subsubsection Allocating Aligned Memory Blocks
613 @cindex page boundary
614 @cindex alignment (with @code{malloc})
615 @pindex stdlib.h
616 The address of a block returned by @code{malloc} or @code{realloc} in
617 @gnusystems{} is always a multiple of eight (or sixteen on 64-bit
618 systems).  If you need a block whose address is a multiple of a higher
619 power of two than that, use @code{memalign}, @code{posix_memalign}, or
620 @code{valloc}.  @code{memalign} is declared in @file{malloc.h} and
621 @code{posix_memalign} is declared in @file{stdlib.h}.
623 With @theglibc{}, you can use @code{free} to free the blocks that
624 @code{memalign}, @code{posix_memalign}, and @code{valloc} return.  That
625 does not work in BSD, however---BSD does not provide any way to free
626 such blocks.
628 @comment malloc.h
629 @comment BSD
630 @deftypefun {void *} memalign (size_t @var{boundary}, size_t @var{size})
631 The @code{memalign} function allocates a block of @var{size} bytes whose
632 address is a multiple of @var{boundary}.  The @var{boundary} must be a
633 power of two!  The function @code{memalign} works by allocating a
634 somewhat larger block, and then returning an address within the block
635 that is on the specified boundary.
636 @end deftypefun
638 @comment stdlib.h
639 @comment POSIX
640 @deftypefun int posix_memalign (void **@var{memptr}, size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
641 The @code{posix_memalign} function is similar to the @code{memalign}
642 function in that it returns a buffer of @var{size} bytes aligned to a
643 multiple of @var{alignment}.  But it adds one requirement to the
644 parameter @var{alignment}: the value must be a power of two multiple of
645 @code{sizeof (void *)}.
647 If the function succeeds in allocation memory a pointer to the allocated
648 memory is returned in @code{*@var{memptr}} and the return value is zero.
649 Otherwise the function returns an error value indicating the problem.
651 This function was introduced in POSIX 1003.1d.
652 @end deftypefun
654 @comment malloc.h stdlib.h
655 @comment BSD
656 @deftypefun {void *} valloc (size_t @var{size})
657 Using @code{valloc} is like using @code{memalign} and passing the page size
658 as the value of the second argument.  It is implemented like this:
660 @smallexample
661 void *
662 valloc (size_t size)
664   return memalign (getpagesize (), size);
666 @end smallexample
668 @ref{Query Memory Parameters} for more information about the memory
669 subsystem.
670 @end deftypefun
672 @node Malloc Tunable Parameters
673 @subsubsection Malloc Tunable Parameters
675 You can adjust some parameters for dynamic memory allocation with the
676 @code{mallopt} function.  This function is the general SVID/XPG
677 interface, defined in @file{malloc.h}.
678 @pindex malloc.h
680 @deftypefun int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
681 When calling @code{mallopt}, the @var{param} argument specifies the
682 parameter to be set, and @var{value} the new value to be set.  Possible
683 choices for @var{param}, as defined in @file{malloc.h}, are:
685 @table @code
686 @comment TODO: @item M_ARENA_MAX
687 @comment       - Document ARENA_MAX env var.
688 @comment TODO: @item M_ARENA_TEST
689 @comment       - Document ARENA_TEST env var.
690 @comment TODO: @item M_CHECK_ACTION
691 @item M_MMAP_MAX
692 The maximum number of chunks to allocate with @code{mmap}.  Setting this
693 to zero disables all use of @code{mmap}.
694 @item M_MMAP_THRESHOLD
695 All chunks larger than this value are allocated outside the normal
696 heap, using the @code{mmap} system call.  This way it is guaranteed
697 that the memory for these chunks can be returned to the system on
698 @code{free}.  Note that requests smaller than this threshold might still
699 be allocated via @code{mmap}.
700 @comment TODO: @item M_MXFAST
701 @item M_PERTURB
702 If non-zero, memory blocks are filled with values depending on some
703 low order bits of this parameter when they are allocated (except when
704 allocated by @code{calloc}) and freed.  This can be used to debug the
705 use of uninitialized or freed heap memory.  Note that this option does not
706 guarantee that the freed block will have any specific values.  It only
707 guarantees that the content the block had before it was freed will be
708 overwritten.
709 @item M_TOP_PAD
710 This parameter determines the amount of extra memory to obtain from the
711 system when a call to @code{sbrk} is required.  It also specifies the
712 number of bytes to retain when shrinking the heap by calling @code{sbrk}
713 with a negative argument.  This provides the necessary hysteresis in
714 heap size such that excessive amounts of system calls can be avoided.
715 @item M_TRIM_THRESHOLD
716 This is the minimum size (in bytes) of the top-most, releasable chunk
717 that will cause @code{sbrk} to be called with a negative argument in
718 order to return memory to the system.
719 @end table
721 @end deftypefun
723 @node Heap Consistency Checking
724 @subsubsection Heap Consistency Checking
726 @cindex heap consistency checking
727 @cindex consistency checking, of heap
729 You can ask @code{malloc} to check the consistency of dynamic memory by
730 using the @code{mcheck} function.  This function is a GNU extension,
731 declared in @file{mcheck.h}.
732 @pindex mcheck.h
734 @comment mcheck.h
735 @comment GNU
736 @deftypefun int mcheck (void (*@var{abortfn}) (enum mcheck_status @var{status}))
737 Calling @code{mcheck} tells @code{malloc} to perform occasional
738 consistency checks.  These will catch things such as writing
739 past the end of a block that was allocated with @code{malloc}.
741 The @var{abortfn} argument is the function to call when an inconsistency
742 is found.  If you supply a null pointer, then @code{mcheck} uses a
743 default function which prints a message and calls @code{abort}
744 (@pxref{Aborting a Program}).  The function you supply is called with
745 one argument, which says what sort of inconsistency was detected; its
746 type is described below.
748 It is too late to begin allocation checking once you have allocated
749 anything with @code{malloc}.  So @code{mcheck} does nothing in that
750 case.  The function returns @code{-1} if you call it too late, and
751 @code{0} otherwise (when it is successful).
753 The easiest way to arrange to call @code{mcheck} early enough is to use
754 the option @samp{-lmcheck} when you link your program; then you don't
755 need to modify your program source at all.  Alternatively you might use
756 a debugger to insert a call to @code{mcheck} whenever the program is
757 started, for example these gdb commands will automatically call @code{mcheck}
758 whenever the program starts:
760 @smallexample
761 (gdb) break main
762 Breakpoint 1, main (argc=2, argv=0xbffff964) at whatever.c:10
763 (gdb) command 1
764 Type commands for when breakpoint 1 is hit, one per line.
765 End with a line saying just "end".
766 >call mcheck(0)
767 >continue
768 >end
769 (gdb) @dots{}
770 @end smallexample
772 This will however only work if no initialization function of any object
773 involved calls any of the @code{malloc} functions since @code{mcheck}
774 must be called before the first such function.
776 @end deftypefun
778 @deftypefun {enum mcheck_status} mprobe (void *@var{pointer})
779 The @code{mprobe} function lets you explicitly check for inconsistencies
780 in a particular allocated block.  You must have already called
781 @code{mcheck} at the beginning of the program, to do its occasional
782 checks; calling @code{mprobe} requests an additional consistency check
783 to be done at the time of the call.
785 The argument @var{pointer} must be a pointer returned by @code{malloc}
786 or @code{realloc}.  @code{mprobe} returns a value that says what
787 inconsistency, if any, was found.  The values are described below.
788 @end deftypefun
790 @deftp {Data Type} {enum mcheck_status}
791 This enumerated type describes what kind of inconsistency was detected
792 in an allocated block, if any.  Here are the possible values:
794 @table @code
795 @item MCHECK_DISABLED
796 @code{mcheck} was not called before the first allocation.
797 No consistency checking can be done.
798 @item MCHECK_OK
799 No inconsistency detected.
800 @item MCHECK_HEAD
801 The data immediately before the block was modified.
802 This commonly happens when an array index or pointer
803 is decremented too far.
804 @item MCHECK_TAIL
805 The data immediately after the block was modified.
806 This commonly happens when an array index or pointer
807 is incremented too far.
808 @item MCHECK_FREE
809 The block was already freed.
810 @end table
811 @end deftp
813 Another possibility to check for and guard against bugs in the use of
814 @code{malloc}, @code{realloc} and @code{free} is to set the environment
815 variable @code{MALLOC_CHECK_}.  When @code{MALLOC_CHECK_} is set, a
816 special (less efficient) implementation is used which is designed to be
817 tolerant against simple errors, such as double calls of @code{free} with
818 the same argument, or overruns of a single byte (off-by-one bugs).  Not
819 all such errors can be protected against, however, and memory leaks can
820 result.  If @code{MALLOC_CHECK_} is set to @code{0}, any detected heap
821 corruption is silently ignored; if set to @code{1}, a diagnostic is
822 printed on @code{stderr}; if set to @code{2}, @code{abort} is called
823 immediately.  This can be useful because otherwise a crash may happen
824 much later, and the true cause for the problem is then very hard to
825 track down.
827 There is one problem with @code{MALLOC_CHECK_}: in SUID or SGID binaries
828 it could possibly be exploited since diverging from the normal programs
829 behavior it now writes something to the standard error descriptor.
830 Therefore the use of @code{MALLOC_CHECK_} is disabled by default for
831 SUID and SGID binaries.  It can be enabled again by the system
832 administrator by adding a file @file{/etc/suid-debug} (the content is
833 not important it could be empty).
835 So, what's the difference between using @code{MALLOC_CHECK_} and linking
836 with @samp{-lmcheck}?  @code{MALLOC_CHECK_} is orthogonal with respect to
837 @samp{-lmcheck}.  @samp{-lmcheck} has been added for backward
838 compatibility.  Both @code{MALLOC_CHECK_} and @samp{-lmcheck} should
839 uncover the same bugs - but using @code{MALLOC_CHECK_} you don't need to
840 recompile your application.
842 @node Hooks for Malloc
843 @subsubsection Memory Allocation Hooks
844 @cindex allocation hooks, for @code{malloc}
846 @Theglibc{} lets you modify the behavior of @code{malloc},
847 @code{realloc}, and @code{free} by specifying appropriate hook
848 functions.  You can use these hooks to help you debug programs that use
849 dynamic memory allocation, for example.
851 The hook variables are declared in @file{malloc.h}.
852 @pindex malloc.h
854 @comment malloc.h
855 @comment GNU
856 @defvar __malloc_hook
857 The value of this variable is a pointer to the function that
858 @code{malloc} uses whenever it is called.  You should define this
859 function to look like @code{malloc}; that is, like:
861 @smallexample
862 void *@var{function} (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
863 @end smallexample
865 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
866 the @code{malloc} function was called.  This value allows you to trace
867 the memory consumption of the program.
868 @end defvar
870 @comment malloc.h
871 @comment GNU
872 @defvar __realloc_hook
873 The value of this variable is a pointer to function that @code{realloc}
874 uses whenever it is called.  You should define this function to look
875 like @code{realloc}; that is, like:
877 @smallexample
878 void *@var{function} (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
879 @end smallexample
881 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
882 the @code{realloc} function was called.  This value allows you to trace the
883 memory consumption of the program.
884 @end defvar
886 @comment malloc.h
887 @comment GNU
888 @defvar __free_hook
889 The value of this variable is a pointer to function that @code{free}
890 uses whenever it is called.  You should define this function to look
891 like @code{free}; that is, like:
893 @smallexample
894 void @var{function} (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
895 @end smallexample
897 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
898 the @code{free} function was called.  This value allows you to trace the
899 memory consumption of the program.
900 @end defvar
902 @comment malloc.h
903 @comment GNU
904 @defvar __memalign_hook
905 The value of this variable is a pointer to function that @code{memalign}
906 uses whenever it is called.  You should define this function to look
907 like @code{memalign}; that is, like:
909 @smallexample
910 void *@var{function} (size_t @var{alignment}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
911 @end smallexample
913 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
914 the @code{memalign} function was called.  This value allows you to trace the
915 memory consumption of the program.
916 @end defvar
918 You must make sure that the function you install as a hook for one of
919 these functions does not call that function recursively without restoring
920 the old value of the hook first!  Otherwise, your program will get stuck
921 in an infinite recursion.  Before calling the function recursively, one
922 should make sure to restore all the hooks to their previous value.  When
923 coming back from the recursive call, all the hooks should be resaved
924 since a hook might modify itself.
926 @comment malloc.h
927 @comment GNU
928 @defvar __malloc_initialize_hook
929 The value of this variable is a pointer to a function that is called
930 once when the malloc implementation is initialized.  This is a weak
931 variable, so it can be overridden in the application with a definition
932 like the following:
934 @smallexample
935 void (*@var{__malloc_initialize_hook}) (void) = my_init_hook;
936 @end smallexample
937 @end defvar
939 An issue to look out for is the time at which the malloc hook functions
940 can be safely installed.  If the hook functions call the malloc-related
941 functions recursively, it is necessary that malloc has already properly
942 initialized itself at the time when @code{__malloc_hook} etc. is
943 assigned to.  On the other hand, if the hook functions provide a
944 complete malloc implementation of their own, it is vital that the hooks
945 are assigned to @emph{before} the very first @code{malloc} call has
946 completed, because otherwise a chunk obtained from the ordinary,
947 un-hooked malloc may later be handed to @code{__free_hook}, for example.
949 In both cases, the problem can be solved by setting up the hooks from
950 within a user-defined function pointed to by
951 @code{__malloc_initialize_hook}---then the hooks will be set up safely
952 at the right time.
954 Here is an example showing how to use @code{__malloc_hook} and
955 @code{__free_hook} properly.  It installs a function that prints out
956 information every time @code{malloc} or @code{free} is called.  We just
957 assume here that @code{realloc} and @code{memalign} are not used in our
958 program.
960 @smallexample
961 /* Prototypes for __malloc_hook, __free_hook */
962 #include <malloc.h>
964 /* Prototypes for our hooks.  */
965 static void my_init_hook (void);
966 static void *my_malloc_hook (size_t, const void *);
967 static void my_free_hook (void*, const void *);
969 /* Override initializing hook from the C library. */
970 void (*__malloc_initialize_hook) (void) = my_init_hook;
972 static void
973 my_init_hook (void)
975   old_malloc_hook = __malloc_hook;
976   old_free_hook = __free_hook;
977   __malloc_hook = my_malloc_hook;
978   __free_hook = my_free_hook;
981 static void *
982 my_malloc_hook (size_t size, const void *caller)
984   void *result;
985   /* Restore all old hooks */
986   __malloc_hook = old_malloc_hook;
987   __free_hook = old_free_hook;
988   /* Call recursively */
989   result = malloc (size);
990   /* Save underlying hooks */
991   old_malloc_hook = __malloc_hook;
992   old_free_hook = __free_hook;
993   /* @r{@code{printf} might call @code{malloc}, so protect it too.} */
994   printf ("malloc (%u) returns %p\n", (unsigned int) size, result);
995   /* Restore our own hooks */
996   __malloc_hook = my_malloc_hook;
997   __free_hook = my_free_hook;
998   return result;
1001 static void
1002 my_free_hook (void *ptr, const void *caller)
1004   /* Restore all old hooks */
1005   __malloc_hook = old_malloc_hook;
1006   __free_hook = old_free_hook;
1007   /* Call recursively */
1008   free (ptr);
1009   /* Save underlying hooks */
1010   old_malloc_hook = __malloc_hook;
1011   old_free_hook = __free_hook;
1012   /* @r{@code{printf} might call @code{free}, so protect it too.} */
1013   printf ("freed pointer %p\n", ptr);
1014   /* Restore our own hooks */
1015   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1016   __free_hook = my_free_hook;
1019 main ()
1021   @dots{}
1023 @end smallexample
1025 The @code{mcheck} function (@pxref{Heap Consistency Checking}) works by
1026 installing such hooks.
1028 @c __morecore, __after_morecore_hook are undocumented
1029 @c It's not clear whether to document them.
1031 @node Statistics of Malloc
1032 @subsubsection Statistics for Memory Allocation with @code{malloc}
1034 @cindex allocation statistics
1035 You can get information about dynamic memory allocation by calling the
1036 @code{mallinfo} function.  This function and its associated data type
1037 are declared in @file{malloc.h}; they are an extension of the standard
1038 SVID/XPG version.
1039 @pindex malloc.h
1041 @comment malloc.h
1042 @comment GNU
1043 @deftp {Data Type} {struct mallinfo}
1044 This structure type is used to return information about the dynamic
1045 memory allocator.  It contains the following members:
1047 @table @code
1048 @item int arena
1049 This is the total size of memory allocated with @code{sbrk} by
1050 @code{malloc}, in bytes.
1052 @item int ordblks
1053 This is the number of chunks not in use.  (The memory allocator
1054 internally gets chunks of memory from the operating system, and then
1055 carves them up to satisfy individual @code{malloc} requests; see
1056 @ref{Efficiency and Malloc}.)
1058 @item int smblks
1059 This field is unused.
1061 @item int hblks
1062 This is the total number of chunks allocated with @code{mmap}.
1064 @item int hblkhd
1065 This is the total size of memory allocated with @code{mmap}, in bytes.
1067 @item int usmblks
1068 This field is unused.
1070 @item int fsmblks
1071 This field is unused.
1073 @item int uordblks
1074 This is the total size of memory occupied by chunks handed out by
1075 @code{malloc}.
1077 @item int fordblks
1078 This is the total size of memory occupied by free (not in use) chunks.
1080 @item int keepcost
1081 This is the size of the top-most releasable chunk that normally
1082 borders the end of the heap (i.e., the high end of the virtual address
1083 space's data segment).
1085 @end table
1086 @end deftp
1088 @comment malloc.h
1089 @comment SVID
1090 @deftypefun {struct mallinfo} mallinfo (void)
1091 This function returns information about the current dynamic memory usage
1092 in a structure of type @code{struct mallinfo}.
1093 @end deftypefun
1095 @node Summary of Malloc
1096 @subsubsection Summary of @code{malloc}-Related Functions
1098 Here is a summary of the functions that work with @code{malloc}:
1100 @table @code
1101 @item void *malloc (size_t @var{size})
1102 Allocate a block of @var{size} bytes.  @xref{Basic Allocation}.
1104 @item void free (void *@var{addr})
1105 Free a block previously allocated by @code{malloc}.  @xref{Freeing after
1106 Malloc}.
1108 @item void *realloc (void *@var{addr}, size_t @var{size})
1109 Make a block previously allocated by @code{malloc} larger or smaller,
1110 possibly by copying it to a new location.  @xref{Changing Block Size}.
1112 @item void *calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
1113 Allocate a block of @var{count} * @var{eltsize} bytes using
1114 @code{malloc}, and set its contents to zero.  @xref{Allocating Cleared
1115 Space}.
1117 @item void *valloc (size_t @var{size})
1118 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on a page boundary.
1119 @xref{Aligned Memory Blocks}.
1121 @item void *memalign (size_t @var{size}, size_t @var{boundary})
1122 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1123 multiple of @var{boundary}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1125 @item int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
1126 Adjust a tunable parameter.  @xref{Malloc Tunable Parameters}.
1128 @item int mcheck (void (*@var{abortfn}) (void))
1129 Tell @code{malloc} to perform occasional consistency checks on
1130 dynamically allocated memory, and to call @var{abortfn} when an
1131 inconsistency is found.  @xref{Heap Consistency Checking}.
1133 @item void *(*__malloc_hook) (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1134 A pointer to a function that @code{malloc} uses whenever it is called.
1136 @item void *(*__realloc_hook) (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1137 A pointer to a function that @code{realloc} uses whenever it is called.
1139 @item void (*__free_hook) (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
1140 A pointer to a function that @code{free} uses whenever it is called.
1142 @item void (*__memalign_hook) (size_t @var{size}, size_t @var{alignment}, const void *@var{caller})
1143 A pointer to a function that @code{memalign} uses whenever it is called.
1145 @item struct mallinfo mallinfo (void)
1146 Return information about the current dynamic memory usage.
1147 @xref{Statistics of Malloc}.
1148 @end table
1150 @node Allocation Debugging
1151 @subsection Allocation Debugging
1152 @cindex allocation debugging
1153 @cindex malloc debugger
1155 A complicated task when programming with languages which do not use
1156 garbage collected dynamic memory allocation is to find memory leaks.
1157 Long running programs must assure that dynamically allocated objects are
1158 freed at the end of their lifetime.  If this does not happen the system
1159 runs out of memory, sooner or later.
1161 The @code{malloc} implementation in @theglibc{} provides some
1162 simple means to detect such leaks and obtain some information to find
1163 the location.  To do this the application must be started in a special
1164 mode which is enabled by an environment variable.  There are no speed
1165 penalties for the program if the debugging mode is not enabled.
1167 @menu
1168 * Tracing malloc::               How to install the tracing functionality.
1169 * Using the Memory Debugger::    Example programs excerpts.
1170 * Tips for the Memory Debugger:: Some more or less clever ideas.
1171 * Interpreting the traces::      What do all these lines mean?
1172 @end menu
1174 @node Tracing malloc
1175 @subsubsection How to install the tracing functionality
1177 @comment mcheck.h
1178 @comment GNU
1179 @deftypefun void mtrace (void)
1180 When the @code{mtrace} function is called it looks for an environment
1181 variable named @code{MALLOC_TRACE}.  This variable is supposed to
1182 contain a valid file name.  The user must have write access.  If the
1183 file already exists it is truncated.  If the environment variable is not
1184 set or it does not name a valid file which can be opened for writing
1185 nothing is done.  The behavior of @code{malloc} etc. is not changed.
1186 For obvious reasons this also happens if the application is installed
1187 with the SUID or SGID bit set.
1189 If the named file is successfully opened, @code{mtrace} installs special
1190 handlers for the functions @code{malloc}, @code{realloc}, and
1191 @code{free} (@pxref{Hooks for Malloc}).  From then on, all uses of these
1192 functions are traced and protocolled into the file.  There is now of
1193 course a speed penalty for all calls to the traced functions so tracing
1194 should not be enabled during normal use.
1196 This function is a GNU extension and generally not available on other
1197 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1198 @end deftypefun
1200 @comment mcheck.h
1201 @comment GNU
1202 @deftypefun void muntrace (void)
1203 The @code{muntrace} function can be called after @code{mtrace} was used
1204 to enable tracing the @code{malloc} calls.  If no (successful) call of
1205 @code{mtrace} was made @code{muntrace} does nothing.
1207 Otherwise it deinstalls the handlers for @code{malloc}, @code{realloc},
1208 and @code{free} and then closes the protocol file.  No calls are
1209 protocolled anymore and the program runs again at full speed.
1211 This function is a GNU extension and generally not available on other
1212 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1213 @end deftypefun
1215 @node Using the Memory Debugger
1216 @subsubsection Example program excerpts
1218 Even though the tracing functionality does not influence the runtime
1219 behavior of the program it is not a good idea to call @code{mtrace} in
1220 all programs.  Just imagine that you debug a program using @code{mtrace}
1221 and all other programs used in the debugging session also trace their
1222 @code{malloc} calls.  The output file would be the same for all programs
1223 and thus is unusable.  Therefore one should call @code{mtrace} only if
1224 compiled for debugging.  A program could therefore start like this:
1226 @example
1227 #include <mcheck.h>
1230 main (int argc, char *argv[])
1232 #ifdef DEBUGGING
1233   mtrace ();
1234 #endif
1235   @dots{}
1237 @end example
1239 This is all what is needed if you want to trace the calls during the
1240 whole runtime of the program.  Alternatively you can stop the tracing at
1241 any time with a call to @code{muntrace}.  It is even possible to restart
1242 the tracing again with a new call to @code{mtrace}.  But this can cause
1243 unreliable results since there may be calls of the functions which are
1244 not called.  Please note that not only the application uses the traced
1245 functions, also libraries (including the C library itself) use these
1246 functions.
1248 This last point is also why it is no good idea to call @code{muntrace}
1249 before the program terminated.  The libraries are informed about the
1250 termination of the program only after the program returns from
1251 @code{main} or calls @code{exit} and so cannot free the memory they use
1252 before this time.
1254 So the best thing one can do is to call @code{mtrace} as the very first
1255 function in the program and never call @code{muntrace}.  So the program
1256 traces almost all uses of the @code{malloc} functions (except those
1257 calls which are executed by constructors of the program or used
1258 libraries).
1260 @node Tips for the Memory Debugger
1261 @subsubsection Some more or less clever ideas
1263 You know the situation.  The program is prepared for debugging and in
1264 all debugging sessions it runs well.  But once it is started without
1265 debugging the error shows up.  A typical example is a memory leak that
1266 becomes visible only when we turn off the debugging.  If you foresee
1267 such situations you can still win.  Simply use something equivalent to
1268 the following little program:
1270 @example
1271 #include <mcheck.h>
1272 #include <signal.h>
1274 static void
1275 enable (int sig)
1277   mtrace ();
1278   signal (SIGUSR1, enable);
1281 static void
1282 disable (int sig)
1284   muntrace ();
1285   signal (SIGUSR2, disable);
1289 main (int argc, char *argv[])
1291   @dots{}
1293   signal (SIGUSR1, enable);
1294   signal (SIGUSR2, disable);
1296   @dots{}
1298 @end example
1300 I.e., the user can start the memory debugger any time s/he wants if the
1301 program was started with @code{MALLOC_TRACE} set in the environment.
1302 The output will of course not show the allocations which happened before
1303 the first signal but if there is a memory leak this will show up
1304 nevertheless.
1306 @node Interpreting the traces
1307 @subsubsection Interpreting the traces
1309 If you take a look at the output it will look similar to this:
1311 @example
1312 = Start
1313 @ [0x8048209] - 0x8064cc8
1314 @ [0x8048209] - 0x8064ce0
1315 @ [0x8048209] - 0x8064cf8
1316 @ [0x80481eb] + 0x8064c48 0x14
1317 @ [0x80481eb] + 0x8064c60 0x14
1318 @ [0x80481eb] + 0x8064c78 0x14
1319 @ [0x80481eb] + 0x8064c90 0x14
1320 = End
1321 @end example
1323 What this all means is not really important since the trace file is not
1324 meant to be read by a human.  Therefore no attention is given to
1325 readability.  Instead there is a program which comes with @theglibc{}
1326 which interprets the traces and outputs a summary in an
1327 user-friendly way.  The program is called @code{mtrace} (it is in fact a
1328 Perl script) and it takes one or two arguments.  In any case the name of
1329 the file with the trace output must be specified.  If an optional
1330 argument precedes the name of the trace file this must be the name of
1331 the program which generated the trace.
1333 @example
1334 drepper$ mtrace tst-mtrace log
1335 No memory leaks.
1336 @end example
1338 In this case the program @code{tst-mtrace} was run and it produced a
1339 trace file @file{log}.  The message printed by @code{mtrace} shows there
1340 are no problems with the code, all allocated memory was freed
1341 afterwards.
1343 If we call @code{mtrace} on the example trace given above we would get a
1344 different outout:
1346 @example
1347 drepper$ mtrace errlog
1348 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd 0x8048209
1349 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd 0x8048209
1350 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd 0x8048209
1352 Memory not freed:
1353 -----------------
1354    Address     Size     Caller
1355 0x08064c48     0x14  at 0x80481eb
1356 0x08064c60     0x14  at 0x80481eb
1357 0x08064c78     0x14  at 0x80481eb
1358 0x08064c90     0x14  at 0x80481eb
1359 @end example
1361 We have called @code{mtrace} with only one argument and so the script
1362 has no chance to find out what is meant with the addresses given in the
1363 trace.  We can do better:
1365 @example
1366 drepper$ mtrace tst errlog
1367 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1368 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1369 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1371 Memory not freed:
1372 -----------------
1373    Address     Size     Caller
1374 0x08064c48     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1375 0x08064c60     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1376 0x08064c78     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1377 0x08064c90     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1378 @end example
1380 Suddenly the output makes much more sense and the user can see
1381 immediately where the function calls causing the trouble can be found.
1383 Interpreting this output is not complicated.  There are at most two
1384 different situations being detected.  First, @code{free} was called for
1385 pointers which were never returned by one of the allocation functions.
1386 This is usually a very bad problem and what this looks like is shown in
1387 the first three lines of the output.  Situations like this are quite
1388 rare and if they appear they show up very drastically: the program
1389 normally crashes.
1391 The other situation which is much harder to detect are memory leaks.  As
1392 you can see in the output the @code{mtrace} function collects all this
1393 information and so can say that the program calls an allocation function
1394 from line 33 in the source file @file{/home/drepper/tst-mtrace.c} four
1395 times without freeing this memory before the program terminates.
1396 Whether this is a real problem remains to be investigated.
1398 @node Obstacks
1399 @subsection Obstacks
1400 @cindex obstacks
1402 An @dfn{obstack} is a pool of memory containing a stack of objects.  You
1403 can create any number of separate obstacks, and then allocate objects in
1404 specified obstacks.  Within each obstack, the last object allocated must
1405 always be the first one freed, but distinct obstacks are independent of
1406 each other.
1408 Aside from this one constraint of order of freeing, obstacks are totally
1409 general: an obstack can contain any number of objects of any size.  They
1410 are implemented with macros, so allocation is usually very fast as long as
1411 the objects are usually small.  And the only space overhead per object is
1412 the padding needed to start each object on a suitable boundary.
1414 @menu
1415 * Creating Obstacks::           How to declare an obstack in your program.
1416 * Preparing for Obstacks::      Preparations needed before you can
1417                                  use obstacks.
1418 * Allocation in an Obstack::    Allocating objects in an obstack.
1419 * Freeing Obstack Objects::     Freeing objects in an obstack.
1420 * Obstack Functions::           The obstack functions are both
1421                                  functions and macros.
1422 * Growing Objects::             Making an object bigger by stages.
1423 * Extra Fast Growing::          Extra-high-efficiency (though more
1424                                  complicated) growing objects.
1425 * Status of an Obstack::        Inquiries about the status of an obstack.
1426 * Obstacks Data Alignment::     Controlling alignment of objects in obstacks.
1427 * Obstack Chunks::              How obstacks obtain and release chunks;
1428                                  efficiency considerations.
1429 * Summary of Obstacks::
1430 @end menu
1432 @node Creating Obstacks
1433 @subsubsection Creating Obstacks
1435 The utilities for manipulating obstacks are declared in the header
1436 file @file{obstack.h}.
1437 @pindex obstack.h
1439 @comment obstack.h
1440 @comment GNU
1441 @deftp {Data Type} {struct obstack}
1442 An obstack is represented by a data structure of type @code{struct
1443 obstack}.  This structure has a small fixed size; it records the status
1444 of the obstack and how to find the space in which objects are allocated.
1445 It does not contain any of the objects themselves.  You should not try
1446 to access the contents of the structure directly; use only the functions
1447 described in this chapter.
1448 @end deftp
1450 You can declare variables of type @code{struct obstack} and use them as
1451 obstacks, or you can allocate obstacks dynamically like any other kind
1452 of object.  Dynamic allocation of obstacks allows your program to have a
1453 variable number of different stacks.  (You can even allocate an
1454 obstack structure in another obstack, but this is rarely useful.)
1456 All the functions that work with obstacks require you to specify which
1457 obstack to use.  You do this with a pointer of type @code{struct obstack
1458 *}.  In the following, we often say ``an obstack'' when strictly
1459 speaking the object at hand is such a pointer.
1461 The objects in the obstack are packed into large blocks called
1462 @dfn{chunks}.  The @code{struct obstack} structure points to a chain of
1463 the chunks currently in use.
1465 The obstack library obtains a new chunk whenever you allocate an object
1466 that won't fit in the previous chunk.  Since the obstack library manages
1467 chunks automatically, you don't need to pay much attention to them, but
1468 you do need to supply a function which the obstack library should use to
1469 get a chunk.  Usually you supply a function which uses @code{malloc}
1470 directly or indirectly.  You must also supply a function to free a chunk.
1471 These matters are described in the following section.
1473 @node Preparing for Obstacks
1474 @subsubsection Preparing for Using Obstacks
1476 Each source file in which you plan to use the obstack functions
1477 must include the header file @file{obstack.h}, like this:
1479 @smallexample
1480 #include <obstack.h>
1481 @end smallexample
1483 @findex obstack_chunk_alloc
1484 @findex obstack_chunk_free
1485 Also, if the source file uses the macro @code{obstack_init}, it must
1486 declare or define two functions or macros that will be called by the
1487 obstack library.  One, @code{obstack_chunk_alloc}, is used to allocate
1488 the chunks of memory into which objects are packed.  The other,
1489 @code{obstack_chunk_free}, is used to return chunks when the objects in
1490 them are freed.  These macros should appear before any use of obstacks
1491 in the source file.
1493 Usually these are defined to use @code{malloc} via the intermediary
1494 @code{xmalloc} (@pxref{Unconstrained Allocation}).  This is done with
1495 the following pair of macro definitions:
1497 @smallexample
1498 #define obstack_chunk_alloc xmalloc
1499 #define obstack_chunk_free free
1500 @end smallexample
1502 @noindent
1503 Though the memory you get using obstacks really comes from @code{malloc},
1504 using obstacks is faster because @code{malloc} is called less often, for
1505 larger blocks of memory.  @xref{Obstack Chunks}, for full details.
1507 At run time, before the program can use a @code{struct obstack} object
1508 as an obstack, it must initialize the obstack by calling
1509 @code{obstack_init}.
1511 @comment obstack.h
1512 @comment GNU
1513 @deftypefun int obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1514 Initialize obstack @var{obstack-ptr} for allocation of objects.  This
1515 function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function.  If
1516 allocation of memory fails, the function pointed to by
1517 @code{obstack_alloc_failed_handler} is called.  The @code{obstack_init}
1518 function always returns 1 (Compatibility notice: Former versions of
1519 obstack returned 0 if allocation failed).
1520 @end deftypefun
1522 Here are two examples of how to allocate the space for an obstack and
1523 initialize it.  First, an obstack that is a static variable:
1525 @smallexample
1526 static struct obstack myobstack;
1527 @dots{}
1528 obstack_init (&myobstack);
1529 @end smallexample
1531 @noindent
1532 Second, an obstack that is itself dynamically allocated:
1534 @smallexample
1535 struct obstack *myobstack_ptr
1536   = (struct obstack *) xmalloc (sizeof (struct obstack));
1538 obstack_init (myobstack_ptr);
1539 @end smallexample
1541 @comment obstack.h
1542 @comment GNU
1543 @defvar obstack_alloc_failed_handler
1544 The value of this variable is a pointer to a function that
1545 @code{obstack} uses when @code{obstack_chunk_alloc} fails to allocate
1546 memory.  The default action is to print a message and abort.
1547 You should supply a function that either calls @code{exit}
1548 (@pxref{Program Termination}) or @code{longjmp} (@pxref{Non-Local
1549 Exits}) and doesn't return.
1551 @smallexample
1552 void my_obstack_alloc_failed (void)
1553 @dots{}
1554 obstack_alloc_failed_handler = &my_obstack_alloc_failed;
1555 @end smallexample
1557 @end defvar
1559 @node Allocation in an Obstack
1560 @subsubsection Allocation in an Obstack
1561 @cindex allocation (obstacks)
1563 The most direct way to allocate an object in an obstack is with
1564 @code{obstack_alloc}, which is invoked almost like @code{malloc}.
1566 @comment obstack.h
1567 @comment GNU
1568 @deftypefun {void *} obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
1569 This allocates an uninitialized block of @var{size} bytes in an obstack
1570 and returns its address.  Here @var{obstack-ptr} specifies which obstack
1571 to allocate the block in; it is the address of the @code{struct obstack}
1572 object which represents the obstack.  Each obstack function or macro
1573 requires you to specify an @var{obstack-ptr} as the first argument.
1575 This function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function if
1576 it needs to allocate a new chunk of memory; it calls
1577 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
1578 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
1579 @end deftypefun
1581 For example, here is a function that allocates a copy of a string @var{str}
1582 in a specific obstack, which is in the variable @code{string_obstack}:
1584 @smallexample
1585 struct obstack string_obstack;
1587 char *
1588 copystring (char *string)
1590   size_t len = strlen (string) + 1;
1591   char *s = (char *) obstack_alloc (&string_obstack, len);
1592   memcpy (s, string, len);
1593   return s;
1595 @end smallexample
1597 To allocate a block with specified contents, use the function
1598 @code{obstack_copy}, declared like this:
1600 @comment obstack.h
1601 @comment GNU
1602 @deftypefun {void *} obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
1603 This allocates a block and initializes it by copying @var{size}
1604 bytes of data starting at @var{address}.  It calls
1605 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
1606 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
1607 @end deftypefun
1609 @comment obstack.h
1610 @comment GNU
1611 @deftypefun {void *} obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
1612 Like @code{obstack_copy}, but appends an extra byte containing a null
1613 character.  This extra byte is not counted in the argument @var{size}.
1614 @end deftypefun
1616 The @code{obstack_copy0} function is convenient for copying a sequence
1617 of characters into an obstack as a null-terminated string.  Here is an
1618 example of its use:
1620 @smallexample
1621 char *
1622 obstack_savestring (char *addr, int size)
1624   return obstack_copy0 (&myobstack, addr, size);
1626 @end smallexample
1628 @noindent
1629 Contrast this with the previous example of @code{savestring} using
1630 @code{malloc} (@pxref{Basic Allocation}).
1632 @node Freeing Obstack Objects
1633 @subsubsection Freeing Objects in an Obstack
1634 @cindex freeing (obstacks)
1636 To free an object allocated in an obstack, use the function
1637 @code{obstack_free}.  Since the obstack is a stack of objects, freeing
1638 one object automatically frees all other objects allocated more recently
1639 in the same obstack.
1641 @comment obstack.h
1642 @comment GNU
1643 @deftypefun void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
1644 If @var{object} is a null pointer, everything allocated in the obstack
1645 is freed.  Otherwise, @var{object} must be the address of an object
1646 allocated in the obstack.  Then @var{object} is freed, along with
1647 everything allocated in @var{obstack} since @var{object}.
1648 @end deftypefun
1650 Note that if @var{object} is a null pointer, the result is an
1651 uninitialized obstack.  To free all memory in an obstack but leave it
1652 valid for further allocation, call @code{obstack_free} with the address
1653 of the first object allocated on the obstack:
1655 @smallexample
1656 obstack_free (obstack_ptr, first_object_allocated_ptr);
1657 @end smallexample
1659 Recall that the objects in an obstack are grouped into chunks.  When all
1660 the objects in a chunk become free, the obstack library automatically
1661 frees the chunk (@pxref{Preparing for Obstacks}).  Then other
1662 obstacks, or non-obstack allocation, can reuse the space of the chunk.
1664 @node Obstack Functions
1665 @subsubsection Obstack Functions and Macros
1666 @cindex macros
1668 The interfaces for using obstacks may be defined either as functions or
1669 as macros, depending on the compiler.  The obstack facility works with
1670 all C compilers, including both @w{ISO C} and traditional C, but there are
1671 precautions you must take if you plan to use compilers other than GNU C.
1673 If you are using an old-fashioned @w{non-ISO C} compiler, all the obstack
1674 ``functions'' are actually defined only as macros.  You can call these
1675 macros like functions, but you cannot use them in any other way (for
1676 example, you cannot take their address).
1678 Calling the macros requires a special precaution: namely, the first
1679 operand (the obstack pointer) may not contain any side effects, because
1680 it may be computed more than once.  For example, if you write this:
1682 @smallexample
1683 obstack_alloc (get_obstack (), 4);
1684 @end smallexample
1686 @noindent
1687 you will find that @code{get_obstack} may be called several times.
1688 If you use @code{*obstack_list_ptr++} as the obstack pointer argument,
1689 you will get very strange results since the incrementation may occur
1690 several times.
1692 In @w{ISO C}, each function has both a macro definition and a function
1693 definition.  The function definition is used if you take the address of the
1694 function without calling it.  An ordinary call uses the macro definition by
1695 default, but you can request the function definition instead by writing the
1696 function name in parentheses, as shown here:
1698 @smallexample
1699 char *x;
1700 void *(*funcp) ();
1701 /* @r{Use the macro}.  */
1702 x = (char *) obstack_alloc (obptr, size);
1703 /* @r{Call the function}.  */
1704 x = (char *) (obstack_alloc) (obptr, size);
1705 /* @r{Take the address of the function}.  */
1706 funcp = obstack_alloc;
1707 @end smallexample
1709 @noindent
1710 This is the same situation that exists in @w{ISO C} for the standard library
1711 functions.  @xref{Macro Definitions}.
1713 @strong{Warning:} When you do use the macros, you must observe the
1714 precaution of avoiding side effects in the first operand, even in @w{ISO C}.
1716 If you use the GNU C compiler, this precaution is not necessary, because
1717 various language extensions in GNU C permit defining the macros so as to
1718 compute each argument only once.
1720 @node Growing Objects
1721 @subsubsection Growing Objects
1722 @cindex growing objects (in obstacks)
1723 @cindex changing the size of a block (obstacks)
1725 Because memory in obstack chunks is used sequentially, it is possible to
1726 build up an object step by step, adding one or more bytes at a time to the
1727 end of the object.  With this technique, you do not need to know how much
1728 data you will put in the object until you come to the end of it.  We call
1729 this the technique of @dfn{growing objects}.  The special functions
1730 for adding data to the growing object are described in this section.
1732 You don't need to do anything special when you start to grow an object.
1733 Using one of the functions to add data to the object automatically
1734 starts it.  However, it is necessary to say explicitly when the object is
1735 finished.  This is done with the function @code{obstack_finish}.
1737 The actual address of the object thus built up is not known until the
1738 object is finished.  Until then, it always remains possible that you will
1739 add so much data that the object must be copied into a new chunk.
1741 While the obstack is in use for a growing object, you cannot use it for
1742 ordinary allocation of another object.  If you try to do so, the space
1743 already added to the growing object will become part of the other object.
1745 @comment obstack.h
1746 @comment GNU
1747 @deftypefun void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
1748 The most basic function for adding to a growing object is
1749 @code{obstack_blank}, which adds space without initializing it.
1750 @end deftypefun
1752 @comment obstack.h
1753 @comment GNU
1754 @deftypefun void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
1755 To add a block of initialized space, use @code{obstack_grow}, which is
1756 the growing-object analogue of @code{obstack_copy}.  It adds @var{size}
1757 bytes of data to the growing object, copying the contents from
1758 @var{data}.
1759 @end deftypefun
1761 @comment obstack.h
1762 @comment GNU
1763 @deftypefun void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
1764 This is the growing-object analogue of @code{obstack_copy0}.  It adds
1765 @var{size} bytes copied from @var{data}, followed by an additional null
1766 character.
1767 @end deftypefun
1769 @comment obstack.h
1770 @comment GNU
1771 @deftypefun void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
1772 To add one character at a time, use the function @code{obstack_1grow}.
1773 It adds a single byte containing @var{c} to the growing object.
1774 @end deftypefun
1776 @comment obstack.h
1777 @comment GNU
1778 @deftypefun void obstack_ptr_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
1779 Adding the value of a pointer one can use the function
1780 @code{obstack_ptr_grow}.  It adds @code{sizeof (void *)} bytes
1781 containing the value of @var{data}.
1782 @end deftypefun
1784 @comment obstack.h
1785 @comment GNU
1786 @deftypefun void obstack_int_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
1787 A single value of type @code{int} can be added by using the
1788 @code{obstack_int_grow} function.  It adds @code{sizeof (int)} bytes to
1789 the growing object and initializes them with the value of @var{data}.
1790 @end deftypefun
1792 @comment obstack.h
1793 @comment GNU
1794 @deftypefun {void *} obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1795 When you are finished growing the object, use the function
1796 @code{obstack_finish} to close it off and return its final address.
1798 Once you have finished the object, the obstack is available for ordinary
1799 allocation or for growing another object.
1801 This function can return a null pointer under the same conditions as
1802 @code{obstack_alloc} (@pxref{Allocation in an Obstack}).
1803 @end deftypefun
1805 When you build an object by growing it, you will probably need to know
1806 afterward how long it became.  You need not keep track of this as you grow
1807 the object, because you can find out the length from the obstack just
1808 before finishing the object with the function @code{obstack_object_size},
1809 declared as follows:
1811 @comment obstack.h
1812 @comment GNU
1813 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1814 This function returns the current size of the growing object, in bytes.
1815 Remember to call this function @emph{before} finishing the object.
1816 After it is finished, @code{obstack_object_size} will return zero.
1817 @end deftypefun
1819 If you have started growing an object and wish to cancel it, you should
1820 finish it and then free it, like this:
1822 @smallexample
1823 obstack_free (obstack_ptr, obstack_finish (obstack_ptr));
1824 @end smallexample
1826 @noindent
1827 This has no effect if no object was growing.
1829 @cindex shrinking objects
1830 You can use @code{obstack_blank} with a negative size argument to make
1831 the current object smaller.  Just don't try to shrink it beyond zero
1832 length---there's no telling what will happen if you do that.
1834 @node Extra Fast Growing
1835 @subsubsection Extra Fast Growing Objects
1836 @cindex efficiency and obstacks
1838 The usual functions for growing objects incur overhead for checking
1839 whether there is room for the new growth in the current chunk.  If you
1840 are frequently constructing objects in small steps of growth, this
1841 overhead can be significant.
1843 You can reduce the overhead by using special ``fast growth''
1844 functions that grow the object without checking.  In order to have a
1845 robust program, you must do the checking yourself.  If you do this checking
1846 in the simplest way each time you are about to add data to the object, you
1847 have not saved anything, because that is what the ordinary growth
1848 functions do.  But if you can arrange to check less often, or check
1849 more efficiently, then you make the program faster.
1851 The function @code{obstack_room} returns the amount of room available
1852 in the current chunk.  It is declared as follows:
1854 @comment obstack.h
1855 @comment GNU
1856 @deftypefun int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1857 This returns the number of bytes that can be added safely to the current
1858 growing object (or to an object about to be started) in obstack
1859 @var{obstack} using the fast growth functions.
1860 @end deftypefun
1862 While you know there is room, you can use these fast growth functions
1863 for adding data to a growing object:
1865 @comment obstack.h
1866 @comment GNU
1867 @deftypefun void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
1868 The function @code{obstack_1grow_fast} adds one byte containing the
1869 character @var{c} to the growing object in obstack @var{obstack-ptr}.
1870 @end deftypefun
1872 @comment obstack.h
1873 @comment GNU
1874 @deftypefun void obstack_ptr_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
1875 The function @code{obstack_ptr_grow_fast} adds @code{sizeof (void *)}
1876 bytes containing the value of @var{data} to the growing object in
1877 obstack @var{obstack-ptr}.
1878 @end deftypefun
1880 @comment obstack.h
1881 @comment GNU
1882 @deftypefun void obstack_int_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
1883 The function @code{obstack_int_grow_fast} adds @code{sizeof (int)} bytes
1884 containing the value of @var{data} to the growing object in obstack
1885 @var{obstack-ptr}.
1886 @end deftypefun
1888 @comment obstack.h
1889 @comment GNU
1890 @deftypefun void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
1891 The function @code{obstack_blank_fast} adds @var{size} bytes to the
1892 growing object in obstack @var{obstack-ptr} without initializing them.
1893 @end deftypefun
1895 When you check for space using @code{obstack_room} and there is not
1896 enough room for what you want to add, the fast growth functions
1897 are not safe.  In this case, simply use the corresponding ordinary
1898 growth function instead.  Very soon this will copy the object to a
1899 new chunk; then there will be lots of room available again.
1901 So, each time you use an ordinary growth function, check afterward for
1902 sufficient space using @code{obstack_room}.  Once the object is copied
1903 to a new chunk, there will be plenty of space again, so the program will
1904 start using the fast growth functions again.
1906 Here is an example:
1908 @smallexample
1909 @group
1910 void
1911 add_string (struct obstack *obstack, const char *ptr, int len)
1913   while (len > 0)
1914     @{
1915       int room = obstack_room (obstack);
1916       if (room == 0)
1917         @{
1918           /* @r{Not enough room. Add one character slowly,}
1919              @r{which may copy to a new chunk and make room.}  */
1920           obstack_1grow (obstack, *ptr++);
1921           len--;
1922         @}
1923       else
1924         @{
1925           if (room > len)
1926             room = len;
1927           /* @r{Add fast as much as we have room for.} */
1928           len -= room;
1929           while (room-- > 0)
1930             obstack_1grow_fast (obstack, *ptr++);
1931         @}
1932     @}
1934 @end group
1935 @end smallexample
1937 @node Status of an Obstack
1938 @subsubsection Status of an Obstack
1939 @cindex obstack status
1940 @cindex status of obstack
1942 Here are functions that provide information on the current status of
1943 allocation in an obstack.  You can use them to learn about an object while
1944 still growing it.
1946 @comment obstack.h
1947 @comment GNU
1948 @deftypefun {void *} obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1949 This function returns the tentative address of the beginning of the
1950 currently growing object in @var{obstack-ptr}.  If you finish the object
1951 immediately, it will have that address.  If you make it larger first, it
1952 may outgrow the current chunk---then its address will change!
1954 If no object is growing, this value says where the next object you
1955 allocate will start (once again assuming it fits in the current
1956 chunk).
1957 @end deftypefun
1959 @comment obstack.h
1960 @comment GNU
1961 @deftypefun {void *} obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1962 This function returns the address of the first free byte in the current
1963 chunk of obstack @var{obstack-ptr}.  This is the end of the currently
1964 growing object.  If no object is growing, @code{obstack_next_free}
1965 returns the same value as @code{obstack_base}.
1966 @end deftypefun
1968 @comment obstack.h
1969 @comment GNU
1970 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1971 This function returns the size in bytes of the currently growing object.
1972 This is equivalent to
1974 @smallexample
1975 obstack_next_free (@var{obstack-ptr}) - obstack_base (@var{obstack-ptr})
1976 @end smallexample
1977 @end deftypefun
1979 @node Obstacks Data Alignment
1980 @subsubsection Alignment of Data in Obstacks
1981 @cindex alignment (in obstacks)
1983 Each obstack has an @dfn{alignment boundary}; each object allocated in
1984 the obstack automatically starts on an address that is a multiple of the
1985 specified boundary.  By default, this boundary is aligned so that
1986 the object can hold any type of data.
1988 To access an obstack's alignment boundary, use the macro
1989 @code{obstack_alignment_mask}, whose function prototype looks like
1990 this:
1992 @comment obstack.h
1993 @comment GNU
1994 @deftypefn Macro int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1995 The value is a bit mask; a bit that is 1 indicates that the corresponding
1996 bit in the address of an object should be 0.  The mask value should be one
1997 less than a power of 2; the effect is that all object addresses are
1998 multiples of that power of 2.  The default value of the mask is a value
1999 that allows aligned objects to hold any type of data: for example, if
2000 its value is 3, any type of data can be stored at locations whose
2001 addresses are multiples of 4.  A mask value of 0 means an object can start
2002 on any multiple of 1 (that is, no alignment is required).
2004 The expansion of the macro @code{obstack_alignment_mask} is an lvalue,
2005 so you can alter the mask by assignment.  For example, this statement:
2007 @smallexample
2008 obstack_alignment_mask (obstack_ptr) = 0;
2009 @end smallexample
2011 @noindent
2012 has the effect of turning off alignment processing in the specified obstack.
2013 @end deftypefn
2015 Note that a change in alignment mask does not take effect until
2016 @emph{after} the next time an object is allocated or finished in the
2017 obstack.  If you are not growing an object, you can make the new
2018 alignment mask take effect immediately by calling @code{obstack_finish}.
2019 This will finish a zero-length object and then do proper alignment for
2020 the next object.
2022 @node Obstack Chunks
2023 @subsubsection Obstack Chunks
2024 @cindex efficiency of chunks
2025 @cindex chunks
2027 Obstacks work by allocating space for themselves in large chunks, and
2028 then parceling out space in the chunks to satisfy your requests.  Chunks
2029 are normally 4096 bytes long unless you specify a different chunk size.
2030 The chunk size includes 8 bytes of overhead that are not actually used
2031 for storing objects.  Regardless of the specified size, longer chunks
2032 will be allocated when necessary for long objects.
2034 The obstack library allocates chunks by calling the function
2035 @code{obstack_chunk_alloc}, which you must define.  When a chunk is no
2036 longer needed because you have freed all the objects in it, the obstack
2037 library frees the chunk by calling @code{obstack_chunk_free}, which you
2038 must also define.
2040 These two must be defined (as macros) or declared (as functions) in each
2041 source file that uses @code{obstack_init} (@pxref{Creating Obstacks}).
2042 Most often they are defined as macros like this:
2044 @smallexample
2045 #define obstack_chunk_alloc malloc
2046 #define obstack_chunk_free free
2047 @end smallexample
2049 Note that these are simple macros (no arguments).  Macro definitions with
2050 arguments will not work!  It is necessary that @code{obstack_chunk_alloc}
2051 or @code{obstack_chunk_free}, alone, expand into a function name if it is
2052 not itself a function name.
2054 If you allocate chunks with @code{malloc}, the chunk size should be a
2055 power of 2.  The default chunk size, 4096, was chosen because it is long
2056 enough to satisfy many typical requests on the obstack yet short enough
2057 not to waste too much memory in the portion of the last chunk not yet used.
2059 @comment obstack.h
2060 @comment GNU
2061 @deftypefn Macro int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2062 This returns the chunk size of the given obstack.
2063 @end deftypefn
2065 Since this macro expands to an lvalue, you can specify a new chunk size by
2066 assigning it a new value.  Doing so does not affect the chunks already
2067 allocated, but will change the size of chunks allocated for that particular
2068 obstack in the future.  It is unlikely to be useful to make the chunk size
2069 smaller, but making it larger might improve efficiency if you are
2070 allocating many objects whose size is comparable to the chunk size.  Here
2071 is how to do so cleanly:
2073 @smallexample
2074 if (obstack_chunk_size (obstack_ptr) < @var{new-chunk-size})
2075   obstack_chunk_size (obstack_ptr) = @var{new-chunk-size};
2076 @end smallexample
2078 @node Summary of Obstacks
2079 @subsubsection Summary of Obstack Functions
2081 Here is a summary of all the functions associated with obstacks.  Each
2082 takes the address of an obstack (@code{struct obstack *}) as its first
2083 argument.
2085 @table @code
2086 @item void obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2087 Initialize use of an obstack.  @xref{Creating Obstacks}.
2089 @item void *obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2090 Allocate an object of @var{size} uninitialized bytes.
2091 @xref{Allocation in an Obstack}.
2093 @item void *obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2094 Allocate an object of @var{size} bytes, with contents copied from
2095 @var{address}.  @xref{Allocation in an Obstack}.
2097 @item void *obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2098 Allocate an object of @var{size}+1 bytes, with @var{size} of them copied
2099 from @var{address}, followed by a null character at the end.
2100 @xref{Allocation in an Obstack}.
2102 @item void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
2103 Free @var{object} (and everything allocated in the specified obstack
2104 more recently than @var{object}).  @xref{Freeing Obstack Objects}.
2106 @item void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2107 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object.
2108 @xref{Growing Objects}.
2110 @item void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2111 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object.
2112 @xref{Growing Objects}.
2114 @item void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2115 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object,
2116 and then add another byte containing a null character.  @xref{Growing
2117 Objects}.
2119 @item void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2120 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object.
2121 @xref{Growing Objects}.
2123 @item void *obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2124 Finalize the object that is growing and return its permanent address.
2125 @xref{Growing Objects}.
2127 @item int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2128 Get the current size of the currently growing object.  @xref{Growing
2129 Objects}.
2131 @item void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2132 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object without checking
2133 that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2135 @item void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2136 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object without
2137 checking that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2139 @item int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2140 Get the amount of room now available for growing the current object.
2141 @xref{Extra Fast Growing}.
2143 @item int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2144 The mask used for aligning the beginning of an object.  This is an
2145 lvalue.  @xref{Obstacks Data Alignment}.
2147 @item int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2148 The size for allocating chunks.  This is an lvalue.  @xref{Obstack Chunks}.
2150 @item void *obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2151 Tentative starting address of the currently growing object.
2152 @xref{Status of an Obstack}.
2154 @item void *obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2155 Address just after the end of the currently growing object.
2156 @xref{Status of an Obstack}.
2157 @end table
2159 @node Variable Size Automatic
2160 @subsection Automatic Storage with Variable Size
2161 @cindex automatic freeing
2162 @cindex @code{alloca} function
2163 @cindex automatic storage with variable size
2165 The function @code{alloca} supports a kind of half-dynamic allocation in
2166 which blocks are allocated dynamically but freed automatically.
2168 Allocating a block with @code{alloca} is an explicit action; you can
2169 allocate as many blocks as you wish, and compute the size at run time.  But
2170 all the blocks are freed when you exit the function that @code{alloca} was
2171 called from, just as if they were automatic variables declared in that
2172 function.  There is no way to free the space explicitly.
2174 The prototype for @code{alloca} is in @file{stdlib.h}.  This function is
2175 a BSD extension.
2176 @pindex stdlib.h
2178 @comment stdlib.h
2179 @comment GNU, BSD
2180 @deftypefun {void *} alloca (size_t @var{size})
2181 The return value of @code{alloca} is the address of a block of @var{size}
2182 bytes of memory, allocated in the stack frame of the calling function.
2183 @end deftypefun
2185 Do not use @code{alloca} inside the arguments of a function call---you
2186 will get unpredictable results, because the stack space for the
2187 @code{alloca} would appear on the stack in the middle of the space for
2188 the function arguments.  An example of what to avoid is @code{foo (x,
2189 alloca (4), y)}.
2190 @c This might get fixed in future versions of GCC, but that won't make
2191 @c it safe with compilers generally.
2193 @menu
2194 * Alloca Example::              Example of using @code{alloca}.
2195 * Advantages of Alloca::        Reasons to use @code{alloca}.
2196 * Disadvantages of Alloca::     Reasons to avoid @code{alloca}.
2197 * GNU C Variable-Size Arrays::  Only in GNU C, here is an alternative
2198                                  method of allocating dynamically and
2199                                  freeing automatically.
2200 @end menu
2202 @node Alloca Example
2203 @subsubsection @code{alloca} Example
2205 As an example of the use of @code{alloca}, here is a function that opens
2206 a file name made from concatenating two argument strings, and returns a
2207 file descriptor or minus one signifying failure:
2209 @smallexample
2211 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2213   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2214   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2215   return open (name, flags, mode);
2217 @end smallexample
2219 @noindent
2220 Here is how you would get the same results with @code{malloc} and
2221 @code{free}:
2223 @smallexample
2225 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2227   char *name = (char *) malloc (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2228   int desc;
2229   if (name == 0)
2230     fatal ("virtual memory exceeded");
2231   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2232   desc = open (name, flags, mode);
2233   free (name);
2234   return desc;
2236 @end smallexample
2238 As you can see, it is simpler with @code{alloca}.  But @code{alloca} has
2239 other, more important advantages, and some disadvantages.
2241 @node Advantages of Alloca
2242 @subsubsection Advantages of @code{alloca}
2244 Here are the reasons why @code{alloca} may be preferable to @code{malloc}:
2246 @itemize @bullet
2247 @item
2248 Using @code{alloca} wastes very little space and is very fast.  (It is
2249 open-coded by the GNU C compiler.)
2251 @item
2252 Since @code{alloca} does not have separate pools for different sizes of
2253 block, space used for any size block can be reused for any other size.
2254 @code{alloca} does not cause memory fragmentation.
2256 @item
2257 @cindex longjmp
2258 Nonlocal exits done with @code{longjmp} (@pxref{Non-Local Exits})
2259 automatically free the space allocated with @code{alloca} when they exit
2260 through the function that called @code{alloca}.  This is the most
2261 important reason to use @code{alloca}.
2263 To illustrate this, suppose you have a function
2264 @code{open_or_report_error} which returns a descriptor, like
2265 @code{open}, if it succeeds, but does not return to its caller if it
2266 fails.  If the file cannot be opened, it prints an error message and
2267 jumps out to the command level of your program using @code{longjmp}.
2268 Let's change @code{open2} (@pxref{Alloca Example}) to use this
2269 subroutine:@refill
2271 @smallexample
2273 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2275   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2276   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2277   return open_or_report_error (name, flags, mode);
2279 @end smallexample
2281 @noindent
2282 Because of the way @code{alloca} works, the memory it allocates is
2283 freed even when an error occurs, with no special effort required.
2285 By contrast, the previous definition of @code{open2} (which uses
2286 @code{malloc} and @code{free}) would develop a memory leak if it were
2287 changed in this way.  Even if you are willing to make more changes to
2288 fix it, there is no easy way to do so.
2289 @end itemize
2291 @node Disadvantages of Alloca
2292 @subsubsection Disadvantages of @code{alloca}
2294 @cindex @code{alloca} disadvantages
2295 @cindex disadvantages of @code{alloca}
2296 These are the disadvantages of @code{alloca} in comparison with
2297 @code{malloc}:
2299 @itemize @bullet
2300 @item
2301 If you try to allocate more memory than the machine can provide, you
2302 don't get a clean error message.  Instead you get a fatal signal like
2303 the one you would get from an infinite recursion; probably a
2304 segmentation violation (@pxref{Program Error Signals}).
2306 @item
2307 Some @nongnusystems{} fail to support @code{alloca}, so it is less
2308 portable.  However, a slower emulation of @code{alloca} written in C
2309 is available for use on systems with this deficiency.
2310 @end itemize
2312 @node GNU C Variable-Size Arrays
2313 @subsubsection GNU C Variable-Size Arrays
2314 @cindex variable-sized arrays
2316 In GNU C, you can replace most uses of @code{alloca} with an array of
2317 variable size.  Here is how @code{open2} would look then:
2319 @smallexample
2320 int open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2322   char name[strlen (str1) + strlen (str2) + 1];
2323   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2324   return open (name, flags, mode);
2326 @end smallexample
2328 But @code{alloca} is not always equivalent to a variable-sized array, for
2329 several reasons:
2331 @itemize @bullet
2332 @item
2333 A variable size array's space is freed at the end of the scope of the
2334 name of the array.  The space allocated with @code{alloca}
2335 remains until the end of the function.
2337 @item
2338 It is possible to use @code{alloca} within a loop, allocating an
2339 additional block on each iteration.  This is impossible with
2340 variable-sized arrays.
2341 @end itemize
2343 @strong{NB:} If you mix use of @code{alloca} and variable-sized arrays
2344 within one function, exiting a scope in which a variable-sized array was
2345 declared frees all blocks allocated with @code{alloca} during the
2346 execution of that scope.
2349 @node Resizing the Data Segment
2350 @section Resizing the Data Segment
2352 The symbols in this section are declared in @file{unistd.h}.
2354 You will not normally use the functions in this section, because the
2355 functions described in @ref{Memory Allocation} are easier to use.  Those
2356 are interfaces to a @glibcadj{} memory allocator that uses the
2357 functions below itself.  The functions below are simple interfaces to
2358 system calls.
2360 @comment unistd.h
2361 @comment BSD
2362 @deftypefun int brk (void *@var{addr})
2364 @code{brk} sets the high end of the calling process' data segment to
2365 @var{addr}.
2367 The address of the end of a segment is defined to be the address of the
2368 last byte in the segment plus 1.
2370 The function has no effect if @var{addr} is lower than the low end of
2371 the data segment.  (This is considered success, by the way).
2373 The function fails if it would cause the data segment to overlap another
2374 segment or exceed the process' data storage limit (@pxref{Limits on
2375 Resources}).
2377 The function is named for a common historical case where data storage
2378 and the stack are in the same segment.  Data storage allocation grows
2379 upward from the bottom of the segment while the stack grows downward
2380 toward it from the top of the segment and the curtain between them is
2381 called the @dfn{break}.
2383 The return value is zero on success.  On failure, the return value is
2384 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The following @code{errno}
2385 values are specific to this function:
2387 @table @code
2388 @item ENOMEM
2389 The request would cause the data segment to overlap another segment or
2390 exceed the process' data storage limit.
2391 @end table
2393 @c The Brk system call in Linux (as opposed to the GNU C Library function)
2394 @c is considerably different.  It always returns the new end of the data
2395 @c segment, whether it succeeds or fails.  The GNU C library Brk determines
2396 @c it's a failure if and only if the system call returns an address less
2397 @c than the address requested.
2399 @end deftypefun
2402 @comment unistd.h
2403 @comment BSD
2404 @deftypefun void *sbrk (ptrdiff_t @var{delta})
2405 This function is the same as @code{brk} except that you specify the new
2406 end of the data segment as an offset @var{delta} from the current end
2407 and on success the return value is the address of the resulting end of
2408 the data segment instead of zero.
2410 This means you can use @samp{sbrk(0)} to find out what the current end
2411 of the data segment is.
2413 @end deftypefun
2417 @node Locking Pages
2418 @section Locking Pages
2419 @cindex locking pages
2420 @cindex memory lock
2421 @cindex paging
2423 You can tell the system to associate a particular virtual memory page
2424 with a real page frame and keep it that way --- i.e., cause the page to
2425 be paged in if it isn't already and mark it so it will never be paged
2426 out and consequently will never cause a page fault.  This is called
2427 @dfn{locking} a page.
2429 The functions in this chapter lock and unlock the calling process'
2430 pages.
2432 @menu
2433 * Why Lock Pages::                Reasons to read this section.
2434 * Locked Memory Details::         Everything you need to know locked
2435                                     memory
2436 * Page Lock Functions::           Here's how to do it.
2437 @end menu
2439 @node Why Lock Pages
2440 @subsection Why Lock Pages
2442 Because page faults cause paged out pages to be paged in transparently,
2443 a process rarely needs to be concerned about locking pages.  However,
2444 there are two reasons people sometimes are:
2446 @itemize @bullet
2448 @item
2449 Speed.  A page fault is transparent only insofar as the process is not
2450 sensitive to how long it takes to do a simple memory access.  Time-critical
2451 processes, especially realtime processes, may not be able to wait or
2452 may not be able to tolerate variance in execution speed.
2453 @cindex realtime processing
2454 @cindex speed of execution
2456 A process that needs to lock pages for this reason probably also needs
2457 priority among other processes for use of the CPU.  @xref{Priority}.
2459 In some cases, the programmer knows better than the system's demand
2460 paging allocator which pages should remain in real memory to optimize
2461 system performance.  In this case, locking pages can help.
2463 @item
2464 Privacy.  If you keep secrets in virtual memory and that virtual memory
2465 gets paged out, that increases the chance that the secrets will get out.
2466 If a password gets written out to disk swap space, for example, it might
2467 still be there long after virtual and real memory have been wiped clean.
2469 @end itemize
2471 Be aware that when you lock a page, that's one fewer page frame that can
2472 be used to back other virtual memory (by the same or other processes),
2473 which can mean more page faults, which means the system runs more
2474 slowly.  In fact, if you lock enough memory, some programs may not be
2475 able to run at all for lack of real memory.
2477 @node Locked Memory Details
2478 @subsection Locked Memory Details
2480 A memory lock is associated with a virtual page, not a real frame.  The
2481 paging rule is: If a frame backs at least one locked page, don't page it
2482 out.
2484 Memory locks do not stack.  I.e., you can't lock a particular page twice
2485 so that it has to be unlocked twice before it is truly unlocked.  It is
2486 either locked or it isn't.
2488 A memory lock persists until the process that owns the memory explicitly
2489 unlocks it.  (But process termination and exec cause the virtual memory
2490 to cease to exist, which you might say means it isn't locked any more).
2492 Memory locks are not inherited by child processes.  (But note that on a
2493 modern Unix system, immediately after a fork, the parent's and the
2494 child's virtual address space are backed by the same real page frames,
2495 so the child enjoys the parent's locks).  @xref{Creating a Process}.
2497 Because of its ability to impact other processes, only the superuser can
2498 lock a page.  Any process can unlock its own page.
2500 The system sets limits on the amount of memory a process can have locked
2501 and the amount of real memory it can have dedicated to it.  @xref{Limits
2502 on Resources}.
2504 In Linux, locked pages aren't as locked as you might think.
2505 Two virtual pages that are not shared memory can nonetheless be backed
2506 by the same real frame.  The kernel does this in the name of efficiency
2507 when it knows both virtual pages contain identical data, and does it
2508 even if one or both of the virtual pages are locked.
2510 But when a process modifies one of those pages, the kernel must get it a
2511 separate frame and fill it with the page's data.  This is known as a
2512 @dfn{copy-on-write page fault}.  It takes a small amount of time and in
2513 a pathological case, getting that frame may require I/O.
2514 @cindex copy-on-write page fault
2515 @cindex page fault, copy-on-write
2517 To make sure this doesn't happen to your program, don't just lock the
2518 pages.  Write to them as well, unless you know you won't write to them
2519 ever.  And to make sure you have pre-allocated frames for your stack,
2520 enter a scope that declares a C automatic variable larger than the
2521 maximum stack size you will need, set it to something, then return from
2522 its scope.
2524 @node Page Lock Functions
2525 @subsection Functions To Lock And Unlock Pages
2527 The symbols in this section are declared in @file{sys/mman.h}.  These
2528 functions are defined by POSIX.1b, but their availability depends on
2529 your kernel.  If your kernel doesn't allow these functions, they exist
2530 but always fail.  They @emph{are} available with a Linux kernel.
2532 @strong{Portability Note:} POSIX.1b requires that when the @code{mlock}
2533 and @code{munlock} functions are available, the file @file{unistd.h}
2534 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK_RANGE} and the file
2535 @code{limits.h} define the macro @code{PAGESIZE} to be the size of a
2536 memory page in bytes.  It requires that when the @code{mlockall} and
2537 @code{munlockall} functions are available, the @file{unistd.h} file
2538 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK}.  @Theglibc{} conforms to
2539 this requirement.
2541 @comment sys/mman.h
2542 @comment POSIX.1b
2543 @deftypefun int mlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
2545 @code{mlock} locks a range of the calling process' virtual pages.
2547 The range of memory starts at address @var{addr} and is @var{len} bytes
2548 long.  Actually, since you must lock whole pages, it is the range of
2549 pages that include any part of the specified range.
2551 When the function returns successfully, each of those pages is backed by
2552 (connected to) a real frame (is resident) and is marked to stay that
2553 way.  This means the function may cause page-ins and have to wait for
2554 them.
2556 When the function fails, it does not affect the lock status of any
2557 pages.
2559 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
2560 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
2561 specific to this function are:
2563 @table @code
2564 @item ENOMEM
2565 @itemize @bullet
2566 @item
2567 At least some of the specified address range does not exist in the
2568 calling process' virtual address space.
2569 @item
2570 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
2571 @end itemize
2573 @item EPERM
2574 The calling process is not superuser.
2576 @item EINVAL
2577 @var{len} is not positive.
2579 @item ENOSYS
2580 The kernel does not provide @code{mlock} capability.
2582 @end table
2584 You can lock @emph{all} a process' memory with @code{mlockall}.  You
2585 unlock memory with @code{munlock} or @code{munlockall}.
2587 To avoid all page faults in a C program, you have to use
2588 @code{mlockall}, because some of the memory a program uses is hidden
2589 from the C code, e.g. the stack and automatic variables, and you
2590 wouldn't know what address to tell @code{mlock}.
2592 @end deftypefun
2594 @comment sys/mman.h
2595 @comment POSIX.1b
2596 @deftypefun int munlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
2598 @code{munlock} unlocks a range of the calling process' virtual pages.
2600 @code{munlock} is the inverse of @code{mlock} and functions completely
2601 analogously to @code{mlock}, except that there is no @code{EPERM}
2602 failure.
2604 @end deftypefun
2606 @comment sys/mman.h
2607 @comment POSIX.1b
2608 @deftypefun int mlockall (int @var{flags})
2610 @code{mlockall} locks all the pages in a process' virtual memory address
2611 space, and/or any that are added to it in the future.  This includes the
2612 pages of the code, data and stack segment, as well as shared libraries,
2613 user space kernel data, shared memory, and memory mapped files.
2615 @var{flags} is a string of single bit flags represented by the following
2616 macros.  They tell @code{mlockall} which of its functions you want.  All
2617 other bits must be zero.
2619 @table @code
2621 @item MCL_CURRENT
2622 Lock all pages which currently exist in the calling process' virtual
2623 address space.
2625 @item MCL_FUTURE
2626 Set a mode such that any pages added to the process' virtual address
2627 space in the future will be locked from birth.  This mode does not
2628 affect future address spaces owned by the same process so exec, which
2629 replaces a process' address space, wipes out @code{MCL_FUTURE}.
2630 @xref{Executing a File}.
2632 @end table
2634 When the function returns successfully, and you specified
2635 @code{MCL_CURRENT}, all of the process' pages are backed by (connected
2636 to) real frames (they are resident) and are marked to stay that way.
2637 This means the function may cause page-ins and have to wait for them.
2639 When the process is in @code{MCL_FUTURE} mode because it successfully
2640 executed this function and specified @code{MCL_CURRENT}, any system call
2641 by the process that requires space be added to its virtual address space
2642 fails with @code{errno} = @code{ENOMEM} if locking the additional space
2643 would cause the process to exceed its locked page limit.  In the case
2644 that the address space addition that can't be accommodated is stack
2645 expansion, the stack expansion fails and the kernel sends a
2646 @code{SIGSEGV} signal to the process.
2648 When the function fails, it does not affect the lock status of any pages
2649 or the future locking mode.
2651 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
2652 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
2653 specific to this function are:
2655 @table @code
2656 @item ENOMEM
2657 @itemize @bullet
2658 @item
2659 At least some of the specified address range does not exist in the
2660 calling process' virtual address space.
2661 @item
2662 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
2663 @end itemize
2665 @item EPERM
2666 The calling process is not superuser.
2668 @item EINVAL
2669 Undefined bits in @var{flags} are not zero.
2671 @item ENOSYS
2672 The kernel does not provide @code{mlockall} capability.
2674 @end table
2676 You can lock just specific pages with @code{mlock}.  You unlock pages
2677 with @code{munlockall} and @code{munlock}.
2679 @end deftypefun
2682 @comment sys/mman.h
2683 @comment POSIX.1b
2684 @deftypefun int munlockall (void)
2686 @code{munlockall} unlocks every page in the calling process' virtual
2687 address space and turn off @code{MCL_FUTURE} future locking mode.
2689 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
2690 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The only way this
2691 function can fail is for generic reasons that all functions and system
2692 calls can fail, so there are no specific @code{errno} values.
2694 @end deftypefun
2699 @ignore
2700 @c This was never actually implemented.  -zw
2701 @node Relocating Allocator
2702 @section Relocating Allocator
2704 @cindex relocating memory allocator
2705 Any system of dynamic memory allocation has overhead: the amount of
2706 space it uses is more than the amount the program asks for.  The
2707 @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by moving
2708 blocks in memory as necessary, on its own initiative.
2710 @c @menu
2711 @c * Relocator Concepts::               How to understand relocating allocation.
2712 @c * Using Relocator::          Functions for relocating allocation.
2713 @c @end menu
2715 @node Relocator Concepts
2716 @subsection Concepts of Relocating Allocation
2718 @ifinfo
2719 The @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by
2720 moving blocks in memory as necessary, on its own initiative.
2721 @end ifinfo
2723 When you allocate a block with @code{malloc}, the address of the block
2724 never changes unless you use @code{realloc} to change its size.  Thus,
2725 you can safely store the address in various places, temporarily or
2726 permanently, as you like.  This is not safe when you use the relocating
2727 memory allocator, because any and all relocatable blocks can move
2728 whenever you allocate memory in any fashion.  Even calling @code{malloc}
2729 or @code{realloc} can move the relocatable blocks.
2731 @cindex handle
2732 For each relocatable block, you must make a @dfn{handle}---a pointer
2733 object in memory, designated to store the address of that block.  The
2734 relocating allocator knows where each block's handle is, and updates the
2735 address stored there whenever it moves the block, so that the handle
2736 always points to the block.  Each time you access the contents of the
2737 block, you should fetch its address anew from the handle.
2739 To call any of the relocating allocator functions from a signal handler
2740 is almost certainly incorrect, because the signal could happen at any
2741 time and relocate all the blocks.  The only way to make this safe is to
2742 block the signal around any access to the contents of any relocatable
2743 block---not a convenient mode of operation.  @xref{Nonreentrancy}.
2745 @node Using Relocator
2746 @subsection Allocating and Freeing Relocatable Blocks
2748 @pindex malloc.h
2749 In the descriptions below, @var{handleptr} designates the address of the
2750 handle.  All the functions are declared in @file{malloc.h}; all are GNU
2751 extensions.
2753 @comment malloc.h
2754 @comment GNU
2755 @c @deftypefun {void *} r_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
2756 This function allocates a relocatable block of size @var{size}.  It
2757 stores the block's address in @code{*@var{handleptr}} and returns
2758 a non-null pointer to indicate success.
2760 If @code{r_alloc} can't get the space needed, it stores a null pointer
2761 in @code{*@var{handleptr}}, and returns a null pointer.
2762 @end deftypefun
2764 @comment malloc.h
2765 @comment GNU
2766 @c @deftypefun void r_alloc_free (void **@var{handleptr})
2767 This function is the way to free a relocatable block.  It frees the
2768 block that @code{*@var{handleptr}} points to, and stores a null pointer
2769 in @code{*@var{handleptr}} to show it doesn't point to an allocated
2770 block any more.
2771 @end deftypefun
2773 @comment malloc.h
2774 @comment GNU
2775 @c @deftypefun {void *} r_re_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
2776 The function @code{r_re_alloc} adjusts the size of the block that
2777 @code{*@var{handleptr}} points to, making it @var{size} bytes long.  It
2778 stores the address of the resized block in @code{*@var{handleptr}} and
2779 returns a non-null pointer to indicate success.
2781 If enough memory is not available, this function returns a null pointer
2782 and does not modify @code{*@var{handleptr}}.
2783 @end deftypefun
2784 @end ignore
2789 @ignore
2790 @comment No longer available...
2792 @comment @node Memory Warnings
2793 @comment @section Memory Usage Warnings
2794 @comment @cindex memory usage warnings
2795 @comment @cindex warnings of memory almost full
2797 @pindex malloc.c
2798 You can ask for warnings as the program approaches running out of memory
2799 space, by calling @code{memory_warnings}.  This tells @code{malloc} to
2800 check memory usage every time it asks for more memory from the operating
2801 system.  This is a GNU extension declared in @file{malloc.h}.
2803 @comment malloc.h
2804 @comment GNU
2805 @comment @deftypefun void memory_warnings (void *@var{start}, void (*@var{warn-func}) (const char *))
2806 Call this function to request warnings for nearing exhaustion of virtual
2807 memory.
2809 The argument @var{start} says where data space begins, in memory.  The
2810 allocator compares this against the last address used and against the
2811 limit of data space, to determine the fraction of available memory in
2812 use.  If you supply zero for @var{start}, then a default value is used
2813 which is right in most circumstances.
2815 For @var{warn-func}, supply a function that @code{malloc} can call to
2816 warn you.  It is called with a string (a warning message) as argument.
2817 Normally it ought to display the string for the user to read.
2818 @end deftypefun
2820 The warnings come when memory becomes 75% full, when it becomes 85%
2821 full, and when it becomes 95% full.  Above 95% you get another warning
2822 each time memory usage increases.
2824 @end ignore