Document the M_ARENA_* mallopt parameters
[glibc.git] / manual / memory.texi
blob4ad2c96393422ec3075d703199f877e01a98deed
1 @node Memory, Character Handling, Error Reporting, Top
2 @chapter Virtual Memory Allocation And Paging
3 @c %MENU% Allocating virtual memory and controlling paging
4 @cindex memory allocation
5 @cindex storage allocation
7 This chapter describes how processes manage and use memory in a system
8 that uses @theglibc{}.
10 @Theglibc{} has several functions for dynamically allocating
11 virtual memory in various ways.  They vary in generality and in
12 efficiency.  The library also provides functions for controlling paging
13 and allocation of real memory.
16 @menu
17 * Memory Concepts::             An introduction to concepts and terminology.
18 * Memory Allocation::           Allocating storage for your program data
19 * Resizing the Data Segment::   @code{brk}, @code{sbrk}
20 * Locking Pages::               Preventing page faults
21 @end menu
23 Memory mapped I/O is not discussed in this chapter.  @xref{Memory-mapped I/O}.
27 @node Memory Concepts
28 @section Process Memory Concepts
30 One of the most basic resources a process has available to it is memory.
31 There are a lot of different ways systems organize memory, but in a
32 typical one, each process has one linear virtual address space, with
33 addresses running from zero to some huge maximum.  It need not be
34 contiguous; i.e., not all of these addresses actually can be used to
35 store data.
37 The virtual memory is divided into pages (4 kilobytes is typical).
38 Backing each page of virtual memory is a page of real memory (called a
39 @dfn{frame}) or some secondary storage, usually disk space.  The disk
40 space might be swap space or just some ordinary disk file.  Actually, a
41 page of all zeroes sometimes has nothing at all backing it -- there's
42 just a flag saying it is all zeroes.
43 @cindex page frame
44 @cindex frame, real memory
45 @cindex swap space
46 @cindex page, virtual memory
48 The same frame of real memory or backing store can back multiple virtual
49 pages belonging to multiple processes.  This is normally the case, for
50 example, with virtual memory occupied by @glibcadj{} code.  The same
51 real memory frame containing the @code{printf} function backs a virtual
52 memory page in each of the existing processes that has a @code{printf}
53 call in its program.
55 In order for a program to access any part of a virtual page, the page
56 must at that moment be backed by (``connected to'') a real frame.  But
57 because there is usually a lot more virtual memory than real memory, the
58 pages must move back and forth between real memory and backing store
59 regularly, coming into real memory when a process needs to access them
60 and then retreating to backing store when not needed anymore.  This
61 movement is called @dfn{paging}.
63 When a program attempts to access a page which is not at that moment
64 backed by real memory, this is known as a @dfn{page fault}.  When a page
65 fault occurs, the kernel suspends the process, places the page into a
66 real page frame (this is called ``paging in'' or ``faulting in''), then
67 resumes the process so that from the process' point of view, the page
68 was in real memory all along.  In fact, to the process, all pages always
69 seem to be in real memory.  Except for one thing: the elapsed execution
70 time of an instruction that would normally be a few nanoseconds is
71 suddenly much, much, longer (because the kernel normally has to do I/O
72 to complete the page-in).  For programs sensitive to that, the functions
73 described in @ref{Locking Pages} can control it.
74 @cindex page fault
75 @cindex paging
77 Within each virtual address space, a process has to keep track of what
78 is at which addresses, and that process is called memory allocation.
79 Allocation usually brings to mind meting out scarce resources, but in
80 the case of virtual memory, that's not a major goal, because there is
81 generally much more of it than anyone needs.  Memory allocation within a
82 process is mainly just a matter of making sure that the same byte of
83 memory isn't used to store two different things.
85 Processes allocate memory in two major ways: by exec and
86 programmatically.  Actually, forking is a third way, but it's not very
87 interesting.  @xref{Creating a Process}.
89 Exec is the operation of creating a virtual address space for a process,
90 loading its basic program into it, and executing the program.  It is
91 done by the ``exec'' family of functions (e.g. @code{execl}).  The
92 operation takes a program file (an executable), it allocates space to
93 load all the data in the executable, loads it, and transfers control to
94 it.  That data is most notably the instructions of the program (the
95 @dfn{text}), but also literals and constants in the program and even
96 some variables: C variables with the static storage class (@pxref{Memory
97 Allocation and C}).
98 @cindex executable
99 @cindex literals
100 @cindex constants
102 Once that program begins to execute, it uses programmatic allocation to
103 gain additional memory.  In a C program with @theglibc{}, there
104 are two kinds of programmatic allocation: automatic and dynamic.
105 @xref{Memory Allocation and C}.
107 Memory-mapped I/O is another form of dynamic virtual memory allocation.
108 Mapping memory to a file means declaring that the contents of certain
109 range of a process' addresses shall be identical to the contents of a
110 specified regular file.  The system makes the virtual memory initially
111 contain the contents of the file, and if you modify the memory, the
112 system writes the same modification to the file.  Note that due to the
113 magic of virtual memory and page faults, there is no reason for the
114 system to do I/O to read the file, or allocate real memory for its
115 contents, until the program accesses the virtual memory.
116 @xref{Memory-mapped I/O}.
117 @cindex memory mapped I/O
118 @cindex memory mapped file
119 @cindex files, accessing
121 Just as it programmatically allocates memory, the program can
122 programmatically deallocate (@dfn{free}) it.  You can't free the memory
123 that was allocated by exec.  When the program exits or execs, you might
124 say that all its memory gets freed, but since in both cases the address
125 space ceases to exist, the point is really moot.  @xref{Program
126 Termination}.
127 @cindex execing a program
128 @cindex freeing memory
129 @cindex exiting a program
131 A process' virtual address space is divided into segments.  A segment is
132 a contiguous range of virtual addresses.  Three important segments are:
134 @itemize @bullet
136 @item
138 The @dfn{text segment} contains a program's instructions and literals and
139 static constants.  It is allocated by exec and stays the same size for
140 the life of the virtual address space.
142 @item
143 The @dfn{data segment} is working storage for the program.  It can be
144 preallocated and preloaded by exec and the process can extend or shrink
145 it by calling functions as described in @xref{Resizing the Data
146 Segment}.  Its lower end is fixed.
148 @item
149 The @dfn{stack segment} contains a program stack.  It grows as the stack
150 grows, but doesn't shrink when the stack shrinks.
152 @end itemize
156 @node Memory Allocation
157 @section Allocating Storage For Program Data
159 This section covers how ordinary programs manage storage for their data,
160 including the famous @code{malloc} function and some fancier facilities
161 special to @theglibc{} and GNU Compiler.
163 @menu
164 * Memory Allocation and C::     How to get different kinds of allocation in C.
165 * The GNU Allocator::           An overview of the GNU @code{malloc}
166                                 implementation.
167 * Unconstrained Allocation::    The @code{malloc} facility allows fully general
168                                  dynamic allocation.
169 * Allocation Debugging::        Finding memory leaks and not freed memory.
170 * Obstacks::                    Obstacks are less general than malloc
171                                  but more efficient and convenient.
172 * Variable Size Automatic::     Allocation of variable-sized blocks
173                                  of automatic storage that are freed when the
174                                  calling function returns.
175 @end menu
178 @node Memory Allocation and C
179 @subsection Memory Allocation in C Programs
181 The C language supports two kinds of memory allocation through the
182 variables in C programs:
184 @itemize @bullet
185 @item
186 @dfn{Static allocation} is what happens when you declare a static or
187 global variable.  Each static or global variable defines one block of
188 space, of a fixed size.  The space is allocated once, when your program
189 is started (part of the exec operation), and is never freed.
190 @cindex static memory allocation
191 @cindex static storage class
193 @item
194 @dfn{Automatic allocation} happens when you declare an automatic
195 variable, such as a function argument or a local variable.  The space
196 for an automatic variable is allocated when the compound statement
197 containing the declaration is entered, and is freed when that
198 compound statement is exited.
199 @cindex automatic memory allocation
200 @cindex automatic storage class
202 In GNU C, the size of the automatic storage can be an expression
203 that varies.  In other C implementations, it must be a constant.
204 @end itemize
206 A third important kind of memory allocation, @dfn{dynamic allocation},
207 is not supported by C variables but is available via @glibcadj{}
208 functions.
209 @cindex dynamic memory allocation
211 @subsubsection Dynamic Memory Allocation
212 @cindex dynamic memory allocation
214 @dfn{Dynamic memory allocation} is a technique in which programs
215 determine as they are running where to store some information.  You need
216 dynamic allocation when the amount of memory you need, or how long you
217 continue to need it, depends on factors that are not known before the
218 program runs.
220 For example, you may need a block to store a line read from an input
221 file; since there is no limit to how long a line can be, you must
222 allocate the memory dynamically and make it dynamically larger as you
223 read more of the line.
225 Or, you may need a block for each record or each definition in the input
226 data; since you can't know in advance how many there will be, you must
227 allocate a new block for each record or definition as you read it.
229 When you use dynamic allocation, the allocation of a block of memory is
230 an action that the program requests explicitly.  You call a function or
231 macro when you want to allocate space, and specify the size with an
232 argument.  If you want to free the space, you do so by calling another
233 function or macro.  You can do these things whenever you want, as often
234 as you want.
236 Dynamic allocation is not supported by C variables; there is no storage
237 class ``dynamic'', and there can never be a C variable whose value is
238 stored in dynamically allocated space.  The only way to get dynamically
239 allocated memory is via a system call (which is generally via a @glibcadj{}
240 function call), and the only way to refer to dynamically
241 allocated space is through a pointer.  Because it is less convenient,
242 and because the actual process of dynamic allocation requires more
243 computation time, programmers generally use dynamic allocation only when
244 neither static nor automatic allocation will serve.
246 For example, if you want to allocate dynamically some space to hold a
247 @code{struct foobar}, you cannot declare a variable of type @code{struct
248 foobar} whose contents are the dynamically allocated space.  But you can
249 declare a variable of pointer type @code{struct foobar *} and assign it the
250 address of the space.  Then you can use the operators @samp{*} and
251 @samp{->} on this pointer variable to refer to the contents of the space:
253 @smallexample
255   struct foobar *ptr
256      = (struct foobar *) malloc (sizeof (struct foobar));
257   ptr->name = x;
258   ptr->next = current_foobar;
259   current_foobar = ptr;
261 @end smallexample
263 @node The GNU Allocator
264 @subsection The GNU Allocator
265 @cindex gnu allocator
267 The @code{malloc} implementation in @theglibc{} is derived from ptmalloc
268 (pthreads malloc), which in turn is derived from dlmalloc (Doug Lea malloc).
269 This malloc may allocate memory in two different ways depending on their size
270 and certain parameters that may be controlled by users. The most common way is
271 to allocate portions of memory (called chunks) from a large contiguous area of
272 memory and manage these areas to optimize their use and reduce wastage in the
273 form of unusable chunks. Traditionally the system heap was set up to be the one
274 large memory area but the @glibcadj{} @code{malloc} implementation maintains
275 multiple such areas to optimize their use in multi-threaded applications.  Each
276 such area is internally referred to as an @dfn{arena}.
278 As opposed to other versions, the @code{malloc} in @theglibc{} does not round
279 up chunk sizes to powers of two, neither for large nor for small sizes.
280 Neighboring chunks can be coalesced on a @code{free} no matter what their size
281 is.  This makes the implementation suitable for all kinds of allocation
282 patterns without generally incurring high memory waste through fragmentation.
283 The presence of multiple arenas allows multiple threads to allocate
284 memory simultaneously in separate arenas, thus improving performance.
286 The other way of memory allocation is for very large blocks, i.e. much larger
287 than a page. These requests are allocated with @code{mmap} (anonymous or via
288 @file{/dev/zero}; @pxref{Memory-mapped I/O})). This has the great advantage
289 that these chunks are returned to the system immediately when they are freed.
290 Therefore, it cannot happen that a large chunk becomes ``locked'' in between
291 smaller ones and even after calling @code{free} wastes memory.  The size
292 threshold for @code{mmap} to be used is dynamic and gets adjusted according to
293 allocation patterns of the program.  @code{mallopt} can be used to statically
294 adjust the threshold using @code{M_MMAP_THRESHOLD} and the use of @code{mmap}
295 can be disabled completely with @code{M_MMAP_MAX};
296 @pxref{Malloc Tunable Parameters}.
298 A more detailed technical description of the GNU Allocator is maintained in
299 the @glibcadj{} wiki. See
300 @uref{https://sourceware.org/glibc/wiki/MallocInternals}.
302 @node Unconstrained Allocation
303 @subsection Unconstrained Allocation
304 @cindex unconstrained memory allocation
305 @cindex @code{malloc} function
306 @cindex heap, dynamic allocation from
308 The most general dynamic allocation facility is @code{malloc}.  It
309 allows you to allocate blocks of memory of any size at any time, make
310 them bigger or smaller at any time, and free the blocks individually at
311 any time (or never).
313 @menu
314 * Basic Allocation::            Simple use of @code{malloc}.
315 * Malloc Examples::             Examples of @code{malloc}.  @code{xmalloc}.
316 * Freeing after Malloc::        Use @code{free} to free a block you
317                                  got with @code{malloc}.
318 * Changing Block Size::         Use @code{realloc} to make a block
319                                  bigger or smaller.
320 * Allocating Cleared Space::    Use @code{calloc} to allocate a
321                                  block and clear it.
322 * Aligned Memory Blocks::       Allocating specially aligned memory.
323 * Malloc Tunable Parameters::   Use @code{mallopt} to adjust allocation
324                                  parameters.
325 * Heap Consistency Checking::   Automatic checking for errors.
326 * Hooks for Malloc::            You can use these hooks for debugging
327                                  programs that use @code{malloc}.
328 * Statistics of Malloc::        Getting information about how much
329                                  memory your program is using.
330 * Summary of Malloc::           Summary of @code{malloc} and related functions.
331 @end menu
333 @node Basic Allocation
334 @subsubsection Basic Memory Allocation
335 @cindex allocation of memory with @code{malloc}
337 To allocate a block of memory, call @code{malloc}.  The prototype for
338 this function is in @file{stdlib.h}.
339 @pindex stdlib.h
341 @comment malloc.h stdlib.h
342 @comment ISO
343 @deftypefun {void *} malloc (size_t @var{size})
344 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
345 @c Malloc hooks and __morecore pointers, as well as such parameters as
346 @c max_n_mmaps and max_mmapped_mem, are accessed without guards, so they
347 @c could pose a thread safety issue; in order to not declare malloc
348 @c MT-unsafe, it's modifying the hooks and parameters while multiple
349 @c threads are active that is regarded as unsafe.  An arena's next field
350 @c is initialized and never changed again, except for main_arena's,
351 @c that's protected by list_lock; next_free is only modified while
352 @c list_lock is held too.  All other data members of an arena, as well
353 @c as the metadata of the memory areas assigned to it, are only modified
354 @c while holding the arena's mutex (fastbin pointers use catomic ops
355 @c because they may be modified by free without taking the arena's
356 @c lock).  Some reassurance was needed for fastbins, for it wasn't clear
357 @c how they were initialized.  It turns out they are always
358 @c zero-initialized: main_arena's, for being static data, and other
359 @c arena's, for being just-mmapped memory.
361 @c Leaking file descriptors and memory in case of cancellation is
362 @c unavoidable without disabling cancellation, but the lock situation is
363 @c a bit more complicated: we don't have fallback arenas for malloc to
364 @c be safe to call from within signal handlers.  Error-checking mutexes
365 @c or trylock could enable us to try and use alternate arenas, even with
366 @c -DPER_THREAD (enabled by default), but supporting interruption
367 @c (cancellation or signal handling) while holding the arena list mutex
368 @c would require more work; maybe blocking signals and disabling async
369 @c cancellation while manipulating the arena lists?
371 @c __libc_malloc @asulock @aculock @acsfd @acsmem
372 @c  force_reg ok
373 @c  *malloc_hook unguarded
374 @c  arena_lock @asulock @aculock @acsfd @acsmem
375 @c   mutex_lock @asulock @aculock
376 @c   arena_get2 @asulock @aculock @acsfd @acsmem
377 @c    get_free_list @asulock @aculock
378 @c     mutex_lock (list_lock) dup @asulock @aculock
379 @c     mutex_unlock (list_lock) dup @aculock
380 @c     mutex_lock (arena lock) dup @asulock @aculock [returns locked]
381 @c    __get_nprocs ext ok @acsfd
382 @c    NARENAS_FROM_NCORES ok
383 @c    catomic_compare_and_exchange_bool_acq ok
384 @c    _int_new_arena ok @asulock @aculock @acsmem
385 @c     new_heap ok @acsmem
386 @c      mmap ok @acsmem
387 @c      munmap ok @acsmem
388 @c      mprotect ok
389 @c     chunk2mem ok
390 @c     set_head ok
391 @c     tsd_setspecific dup ok
392 @c     mutex_init ok
393 @c     mutex_lock (just-created mutex) ok, returns locked
394 @c     mutex_lock (list_lock) dup @asulock @aculock
395 @c     atomic_write_barrier ok
396 @c     mutex_unlock (list_lock) @aculock
397 @c    catomic_decrement ok
398 @c    reused_arena @asulock @aculock
399 @c      reads&writes next_to_use and iterates over arena next without guards
400 @c      those are harmless as long as we don't drop arenas from the
401 @c      NEXT list, and we never do; when a thread terminates,
402 @c      arena_thread_freeres prepends the arena to the free_list
403 @c      NEXT_FREE list, but NEXT is never modified, so it's safe!
404 @c     mutex_trylock (arena lock) @asulock @aculock
405 @c     mutex_lock (arena lock) dup @asulock @aculock
406 @c     tsd_setspecific dup ok
407 @c  _int_malloc @acsfd @acsmem
408 @c   checked_request2size ok
409 @c    REQUEST_OUT_OF_RANGE ok
410 @c    request2size ok
411 @c   get_max_fast ok
412 @c   fastbin_index ok
413 @c   fastbin ok
414 @c   catomic_compare_and_exhange_val_acq ok
415 @c   malloc_printerr dup @mtsenv
416 @c     if we get to it, we're toast already, undefined behavior must have
417 @c     been invoked before
418 @c    libc_message @mtsenv [no leaks with cancellation disabled]
419 @c     FATAL_PREPARE ok
420 @c      pthread_setcancelstate disable ok
421 @c     libc_secure_getenv @mtsenv
422 @c      getenv @mtsenv
423 @c     open_not_cancel_2 dup @acsfd
424 @c     strchrnul ok
425 @c     WRITEV_FOR_FATAL ok
426 @c      writev ok
427 @c     mmap ok @acsmem
428 @c     munmap ok @acsmem
429 @c     BEFORE_ABORT @acsfd
430 @c      backtrace ok
431 @c      write_not_cancel dup ok
432 @c      backtrace_symbols_fd @aculock
433 @c      open_not_cancel_2 dup @acsfd
434 @c      read_not_cancel dup ok
435 @c      close_not_cancel_no_status dup @acsfd
436 @c     abort ok
437 @c    itoa_word ok
438 @c    abort ok
439 @c   check_remalloced_chunk ok/disabled
440 @c   chunk2mem dup ok
441 @c   alloc_perturb ok
442 @c   in_smallbin_range ok
443 @c   smallbin_index ok
444 @c   bin_at ok
445 @c   last ok
446 @c   malloc_consolidate ok
447 @c    get_max_fast dup ok
448 @c    clear_fastchunks ok
449 @c    unsorted_chunks dup ok
450 @c    fastbin dup ok
451 @c    atomic_exchange_acq ok
452 @c    check_inuse_chunk dup ok/disabled
453 @c    chunk_at_offset dup ok
454 @c    chunksize dup ok
455 @c    inuse_bit_at_offset dup ok
456 @c    unlink dup ok
457 @c    clear_inuse_bit_at_offset dup ok
458 @c    in_smallbin_range dup ok
459 @c    set_head dup ok
460 @c    malloc_init_state ok
461 @c     bin_at dup ok
462 @c     set_noncontiguous dup ok
463 @c     set_max_fast dup ok
464 @c     initial_top ok
465 @c      unsorted_chunks dup ok
466 @c    check_malloc_state ok/disabled
467 @c   set_inuse_bit_at_offset ok
468 @c   check_malloced_chunk ok/disabled
469 @c   largebin_index ok
470 @c   have_fastchunks ok
471 @c   unsorted_chunks ok
472 @c    bin_at ok
473 @c   chunksize ok
474 @c   chunk_at_offset ok
475 @c   set_head ok
476 @c   set_foot ok
477 @c   mark_bin ok
478 @c    idx2bit ok
479 @c   first ok
480 @c   unlink ok
481 @c    malloc_printerr dup ok
482 @c    in_smallbin_range dup ok
483 @c   idx2block ok
484 @c   idx2bit dup ok
485 @c   next_bin ok
486 @c   sysmalloc @acsfd @acsmem
487 @c    MMAP @acsmem
488 @c    set_head dup ok
489 @c    check_chunk ok/disabled
490 @c    chunk2mem dup ok
491 @c    chunksize dup ok
492 @c    chunk_at_offset dup ok
493 @c    heap_for_ptr ok
494 @c    grow_heap ok
495 @c     mprotect ok
496 @c    set_head dup ok
497 @c    new_heap @acsmem
498 @c     MMAP dup @acsmem
499 @c     munmap @acsmem
500 @c    top ok
501 @c    set_foot dup ok
502 @c    contiguous ok
503 @c    MORECORE ok
504 @c     *__morecore ok unguarded
505 @c      __default_morecore
506 @c       sbrk ok
507 @c    force_reg dup ok
508 @c    *__after_morecore_hook unguarded
509 @c    set_noncontiguous ok
510 @c    malloc_printerr dup ok
511 @c    _int_free (have_lock) @acsfd @acsmem [@asulock @aculock]
512 @c     chunksize dup ok
513 @c     mutex_unlock dup @aculock/!have_lock
514 @c     malloc_printerr dup ok
515 @c     check_inuse_chunk ok/disabled
516 @c     chunk_at_offset dup ok
517 @c     mutex_lock dup @asulock @aculock/@have_lock
518 @c     chunk2mem dup ok
519 @c     free_perturb ok
520 @c     set_fastchunks ok
521 @c      catomic_and ok
522 @c     fastbin_index dup ok
523 @c     fastbin dup ok
524 @c     catomic_compare_and_exchange_val_rel ok
525 @c     chunk_is_mmapped ok
526 @c     contiguous dup ok
527 @c     prev_inuse ok
528 @c     unlink dup ok
529 @c     inuse_bit_at_offset dup ok
530 @c     clear_inuse_bit_at_offset ok
531 @c     unsorted_chunks dup ok
532 @c     in_smallbin_range dup ok
533 @c     set_head dup ok
534 @c     set_foot dup ok
535 @c     check_free_chunk ok/disabled
536 @c     check_chunk dup ok/disabled
537 @c     have_fastchunks dup ok
538 @c     malloc_consolidate dup ok
539 @c     systrim ok
540 @c      MORECORE dup ok
541 @c      *__after_morecore_hook dup unguarded
542 @c      set_head dup ok
543 @c      check_malloc_state ok/disabled
544 @c     top dup ok
545 @c     heap_for_ptr dup ok
546 @c     heap_trim @acsfd @acsmem
547 @c      top dup ok
548 @c      chunk_at_offset dup ok
549 @c      prev_chunk ok
550 @c      chunksize dup ok
551 @c      prev_inuse dup ok
552 @c      delete_heap @acsmem
553 @c       munmap dup @acsmem
554 @c      unlink dup ok
555 @c      set_head dup ok
556 @c      shrink_heap @acsfd
557 @c       check_may_shrink_heap @acsfd
558 @c        open_not_cancel_2 @acsfd
559 @c        read_not_cancel ok
560 @c        close_not_cancel_no_status @acsfd
561 @c       MMAP dup ok
562 @c       madvise ok
563 @c     munmap_chunk @acsmem
564 @c      chunksize dup ok
565 @c      chunk_is_mmapped dup ok
566 @c      chunk2mem dup ok
567 @c      malloc_printerr dup ok
568 @c      munmap dup @acsmem
569 @c    check_malloc_state ok/disabled
570 @c  arena_get_retry @asulock @aculock @acsfd @acsmem
571 @c   mutex_unlock dup @aculock
572 @c   mutex_lock dup @asulock @aculock
573 @c   arena_get2 dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
574 @c  mutex_unlock @aculock
575 @c  mem2chunk ok
576 @c  chunk_is_mmapped ok
577 @c  arena_for_chunk ok
578 @c   chunk_non_main_arena ok
579 @c   heap_for_ptr ok
580 This function returns a pointer to a newly allocated block @var{size}
581 bytes long, or a null pointer if the block could not be allocated.
582 @end deftypefun
584 The contents of the block are undefined; you must initialize it yourself
585 (or use @code{calloc} instead; @pxref{Allocating Cleared Space}).
586 Normally you would cast the value as a pointer to the kind of object
587 that you want to store in the block.  Here we show an example of doing
588 so, and of initializing the space with zeros using the library function
589 @code{memset} (@pxref{Copying Strings and Arrays}):
591 @smallexample
592 struct foo *ptr;
593 @dots{}
594 ptr = (struct foo *) malloc (sizeof (struct foo));
595 if (ptr == 0) abort ();
596 memset (ptr, 0, sizeof (struct foo));
597 @end smallexample
599 You can store the result of @code{malloc} into any pointer variable
600 without a cast, because @w{ISO C} automatically converts the type
601 @code{void *} to another type of pointer when necessary.  But the cast
602 is necessary in contexts other than assignment operators or if you might
603 want your code to run in traditional C.
605 Remember that when allocating space for a string, the argument to
606 @code{malloc} must be one plus the length of the string.  This is
607 because a string is terminated with a null character that doesn't count
608 in the ``length'' of the string but does need space.  For example:
610 @smallexample
611 char *ptr;
612 @dots{}
613 ptr = (char *) malloc (length + 1);
614 @end smallexample
616 @noindent
617 @xref{Representation of Strings}, for more information about this.
619 @node Malloc Examples
620 @subsubsection Examples of @code{malloc}
622 If no more space is available, @code{malloc} returns a null pointer.
623 You should check the value of @emph{every} call to @code{malloc}.  It is
624 useful to write a subroutine that calls @code{malloc} and reports an
625 error if the value is a null pointer, returning only if the value is
626 nonzero.  This function is conventionally called @code{xmalloc}.  Here
627 it is:
629 @smallexample
630 void *
631 xmalloc (size_t size)
633   void *value = malloc (size);
634   if (value == 0)
635     fatal ("virtual memory exhausted");
636   return value;
638 @end smallexample
640 Here is a real example of using @code{malloc} (by way of @code{xmalloc}).
641 The function @code{savestring} will copy a sequence of characters into
642 a newly allocated null-terminated string:
644 @smallexample
645 @group
646 char *
647 savestring (const char *ptr, size_t len)
649   char *value = (char *) xmalloc (len + 1);
650   value[len] = '\0';
651   return (char *) memcpy (value, ptr, len);
653 @end group
654 @end smallexample
656 The block that @code{malloc} gives you is guaranteed to be aligned so
657 that it can hold any type of data.  On @gnusystems{}, the address is
658 always a multiple of eight on 32-bit systems, and a multiple of 16 on
659 64-bit systems.  Only rarely is any higher boundary (such as a page
660 boundary) necessary; for those cases, use @code{aligned_alloc} or
661 @code{posix_memalign} (@pxref{Aligned Memory Blocks}).
663 Note that the memory located after the end of the block is likely to be
664 in use for something else; perhaps a block already allocated by another
665 call to @code{malloc}.  If you attempt to treat the block as longer than
666 you asked for it to be, you are liable to destroy the data that
667 @code{malloc} uses to keep track of its blocks, or you may destroy the
668 contents of another block.  If you have already allocated a block and
669 discover you want it to be bigger, use @code{realloc} (@pxref{Changing
670 Block Size}).
672 @node Freeing after Malloc
673 @subsubsection Freeing Memory Allocated with @code{malloc}
674 @cindex freeing memory allocated with @code{malloc}
675 @cindex heap, freeing memory from
677 When you no longer need a block that you got with @code{malloc}, use the
678 function @code{free} to make the block available to be allocated again.
679 The prototype for this function is in @file{stdlib.h}.
680 @pindex stdlib.h
682 @comment malloc.h stdlib.h
683 @comment ISO
684 @deftypefun void free (void *@var{ptr})
685 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
686 @c __libc_free @asulock @aculock @acsfd @acsmem
687 @c   releasing memory into fastbins modifies the arena without taking
688 @c   its mutex, but catomic operations ensure safety.  If two (or more)
689 @c   threads are running malloc and have their own arenas locked when
690 @c   each gets a signal whose handler free()s large (non-fastbin-able)
691 @c   blocks from each other's arena, we deadlock; this is a more general
692 @c   case of @asulock.
693 @c  *__free_hook unguarded
694 @c  mem2chunk ok
695 @c  chunk_is_mmapped ok, chunk bits not modified after allocation
696 @c  chunksize ok
697 @c  munmap_chunk dup @acsmem
698 @c  arena_for_chunk dup ok
699 @c  _int_free (!have_lock) dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
700 The @code{free} function deallocates the block of memory pointed at
701 by @var{ptr}.
702 @end deftypefun
704 @comment stdlib.h
705 @comment Sun
706 @deftypefun void cfree (void *@var{ptr})
707 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
708 @c alias to free
709 This function does the same thing as @code{free}.  It's provided for
710 backward compatibility with SunOS; you should use @code{free} instead.
711 @end deftypefun
713 Freeing a block alters the contents of the block.  @strong{Do not expect to
714 find any data (such as a pointer to the next block in a chain of blocks) in
715 the block after freeing it.}  Copy whatever you need out of the block before
716 freeing it!  Here is an example of the proper way to free all the blocks in
717 a chain, and the strings that they point to:
719 @smallexample
720 struct chain
721   @{
722     struct chain *next;
723     char *name;
724   @}
726 void
727 free_chain (struct chain *chain)
729   while (chain != 0)
730     @{
731       struct chain *next = chain->next;
732       free (chain->name);
733       free (chain);
734       chain = next;
735     @}
737 @end smallexample
739 Occasionally, @code{free} can actually return memory to the operating
740 system and make the process smaller.  Usually, all it can do is allow a
741 later call to @code{malloc} to reuse the space.  In the meantime, the
742 space remains in your program as part of a free-list used internally by
743 @code{malloc}.
745 There is no point in freeing blocks at the end of a program, because all
746 of the program's space is given back to the system when the process
747 terminates.
749 @node Changing Block Size
750 @subsubsection Changing the Size of a Block
751 @cindex changing the size of a block (@code{malloc})
753 Often you do not know for certain how big a block you will ultimately need
754 at the time you must begin to use the block.  For example, the block might
755 be a buffer that you use to hold a line being read from a file; no matter
756 how long you make the buffer initially, you may encounter a line that is
757 longer.
759 You can make the block longer by calling @code{realloc}.  This function
760 is declared in @file{stdlib.h}.
761 @pindex stdlib.h
763 @comment malloc.h stdlib.h
764 @comment ISO
765 @deftypefun {void *} realloc (void *@var{ptr}, size_t @var{newsize})
766 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
767 @c It may call the implementations of malloc and free, so all of their
768 @c issues arise, plus the realloc hook, also accessed without guards.
770 @c __libc_realloc @asulock @aculock @acsfd @acsmem
771 @c  *__realloc_hook unguarded
772 @c  __libc_free dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
773 @c  __libc_malloc dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
774 @c  mem2chunk dup ok
775 @c  chunksize dup ok
776 @c  malloc_printerr dup ok
777 @c  checked_request2size dup ok
778 @c  chunk_is_mmapped dup ok
779 @c  mremap_chunk
780 @c   chunksize dup ok
781 @c   __mremap ok
782 @c   set_head dup ok
783 @c  MALLOC_COPY ok
784 @c   memcpy ok
785 @c  munmap_chunk dup @acsmem
786 @c  arena_for_chunk dup ok
787 @c  mutex_lock (arena mutex) dup @asulock @aculock
788 @c  _int_realloc @acsfd @acsmem
789 @c   malloc_printerr dup ok
790 @c   check_inuse_chunk dup ok/disabled
791 @c   chunk_at_offset dup ok
792 @c   chunksize dup ok
793 @c   set_head_size dup ok
794 @c   chunk_at_offset dup ok
795 @c   set_head dup ok
796 @c   chunk2mem dup ok
797 @c   inuse dup ok
798 @c   unlink dup ok
799 @c   _int_malloc dup @acsfd @acsmem
800 @c   mem2chunk dup ok
801 @c   MALLOC_COPY dup ok
802 @c   _int_free (have_lock) dup @acsfd @acsmem
803 @c   set_inuse_bit_at_offset dup ok
804 @c   set_head dup ok
805 @c  mutex_unlock (arena mutex) dup @aculock
806 @c  _int_free (!have_lock) dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
808 The @code{realloc} function changes the size of the block whose address is
809 @var{ptr} to be @var{newsize}.
811 Since the space after the end of the block may be in use, @code{realloc}
812 may find it necessary to copy the block to a new address where more free
813 space is available.  The value of @code{realloc} is the new address of the
814 block.  If the block needs to be moved, @code{realloc} copies the old
815 contents.
817 If you pass a null pointer for @var{ptr}, @code{realloc} behaves just
818 like @samp{malloc (@var{newsize})}.  This can be convenient, but beware
819 that older implementations (before @w{ISO C}) may not support this
820 behavior, and will probably crash when @code{realloc} is passed a null
821 pointer.
822 @end deftypefun
824 Like @code{malloc}, @code{realloc} may return a null pointer if no
825 memory space is available to make the block bigger.  When this happens,
826 the original block is untouched; it has not been modified or relocated.
828 In most cases it makes no difference what happens to the original block
829 when @code{realloc} fails, because the application program cannot continue
830 when it is out of memory, and the only thing to do is to give a fatal error
831 message.  Often it is convenient to write and use a subroutine,
832 conventionally called @code{xrealloc}, that takes care of the error message
833 as @code{xmalloc} does for @code{malloc}:
835 @smallexample
836 void *
837 xrealloc (void *ptr, size_t size)
839   void *value = realloc (ptr, size);
840   if (value == 0)
841     fatal ("Virtual memory exhausted");
842   return value;
844 @end smallexample
846 You can also use @code{realloc} to make a block smaller.  The reason you
847 would do this is to avoid tying up a lot of memory space when only a little
848 is needed.
849 @comment The following is no longer true with the new malloc.
850 @comment But it seems wise to keep the warning for other implementations.
851 In several allocation implementations, making a block smaller sometimes
852 necessitates copying it, so it can fail if no other space is available.
854 If the new size you specify is the same as the old size, @code{realloc}
855 is guaranteed to change nothing and return the same address that you gave.
857 @node Allocating Cleared Space
858 @subsubsection Allocating Cleared Space
860 The function @code{calloc} allocates memory and clears it to zero.  It
861 is declared in @file{stdlib.h}.
862 @pindex stdlib.h
864 @comment malloc.h stdlib.h
865 @comment ISO
866 @deftypefun {void *} calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
867 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
868 @c Same caveats as malloc.
870 @c __libc_calloc @asulock @aculock @acsfd @acsmem
871 @c  *__malloc_hook dup unguarded
872 @c  memset dup ok
873 @c  arena_get @asulock @aculock @acsfd @acsmem
874 @c   arena_lock dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
875 @c  top dup ok
876 @c  chunksize dup ok
877 @c  heap_for_ptr dup ok
878 @c  _int_malloc dup @acsfd @acsmem
879 @c  arena_get_retry dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
880 @c  mutex_unlock dup @aculock
881 @c  mem2chunk dup ok
882 @c  chunk_is_mmapped dup ok
883 @c  MALLOC_ZERO ok
884 @c   memset dup ok
885 This function allocates a block long enough to contain a vector of
886 @var{count} elements, each of size @var{eltsize}.  Its contents are
887 cleared to zero before @code{calloc} returns.
888 @end deftypefun
890 You could define @code{calloc} as follows:
892 @smallexample
893 void *
894 calloc (size_t count, size_t eltsize)
896   size_t size = count * eltsize;
897   void *value = malloc (size);
898   if (value != 0)
899     memset (value, 0, size);
900   return value;
902 @end smallexample
904 But in general, it is not guaranteed that @code{calloc} calls
905 @code{malloc} internally.  Therefore, if an application provides its own
906 @code{malloc}/@code{realloc}/@code{free} outside the C library, it
907 should always define @code{calloc}, too.
909 @node Aligned Memory Blocks
910 @subsubsection Allocating Aligned Memory Blocks
912 @cindex page boundary
913 @cindex alignment (with @code{malloc})
914 @pindex stdlib.h
915 The address of a block returned by @code{malloc} or @code{realloc} in
916 @gnusystems{} is always a multiple of eight (or sixteen on 64-bit
917 systems).  If you need a block whose address is a multiple of a higher
918 power of two than that, use @code{aligned_alloc} or @code{posix_memalign}.
919 @code{aligned_alloc} and @code{posix_memalign} are declared in
920 @file{stdlib.h}.
922 @comment stdlib.h
923 @deftypefun {void *} aligned_alloc (size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
924 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
925 @c Alias to memalign.
926 The @code{aligned_alloc} function allocates a block of @var{size} bytes whose
927 address is a multiple of @var{alignment}.  The @var{alignment} must be a
928 power of two and @var{size} must be a multiple of @var{alignment}.
930 The @code{aligned_alloc} function returns a null pointer on error and sets
931 @code{errno} to one of the following values:
933 @table @code
934 @item ENOMEM
935 There was insufficient memory available to satisfy the request.
937 @item EINVAL
938 @var{alignment} is not a power of two.
940 This function was introduced in @w{ISO C11} and hence may have better
941 portability to modern non-POSIX systems than @code{posix_memalign}.
942 @end table
944 @end deftypefun
946 @comment malloc.h
947 @comment BSD
948 @deftypefun {void *} memalign (size_t @var{boundary}, size_t @var{size})
949 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
950 @c Same issues as malloc.  The padding bytes are safely freed in
951 @c _int_memalign, with the arena still locked.
953 @c __libc_memalign @asulock @aculock @acsfd @acsmem
954 @c  *__memalign_hook dup unguarded
955 @c  __libc_malloc dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
956 @c  arena_get dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
957 @c  _int_memalign @acsfd @acsmem
958 @c   _int_malloc dup @acsfd @acsmem
959 @c   checked_request2size dup ok
960 @c   mem2chunk dup ok
961 @c   chunksize dup ok
962 @c   chunk_is_mmapped dup ok
963 @c   set_head dup ok
964 @c   chunk2mem dup ok
965 @c   set_inuse_bit_at_offset dup ok
966 @c   set_head_size dup ok
967 @c   _int_free (have_lock) dup @acsfd @acsmem
968 @c   chunk_at_offset dup ok
969 @c   check_inuse_chunk dup ok
970 @c  arena_get_retry dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
971 @c  mutex_unlock dup @aculock
972 The @code{memalign} function allocates a block of @var{size} bytes whose
973 address is a multiple of @var{boundary}.  The @var{boundary} must be a
974 power of two!  The function @code{memalign} works by allocating a
975 somewhat larger block, and then returning an address within the block
976 that is on the specified boundary.
978 The @code{memalign} function returns a null pointer on error and sets
979 @code{errno} to one of the following values:
981 @table @code
982 @item ENOMEM
983 There was insufficient memory available to satisfy the request.
985 @item EINVAL
986 @var{boundary} is not a power of two.
988 @end table
990 The @code{memalign} function is obsolete and @code{aligned_alloc} or
991 @code{posix_memalign} should be used instead.
992 @end deftypefun
994 @comment stdlib.h
995 @comment POSIX
996 @deftypefun int posix_memalign (void **@var{memptr}, size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
997 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
998 @c Calls memalign unless the requirements are not met (powerof2 macro is
999 @c safe given an automatic variable as an argument) or there's a
1000 @c memalign hook (accessed unguarded, but safely).
1001 The @code{posix_memalign} function is similar to the @code{memalign}
1002 function in that it returns a buffer of @var{size} bytes aligned to a
1003 multiple of @var{alignment}.  But it adds one requirement to the
1004 parameter @var{alignment}: the value must be a power of two multiple of
1005 @code{sizeof (void *)}.
1007 If the function succeeds in allocation memory a pointer to the allocated
1008 memory is returned in @code{*@var{memptr}} and the return value is zero.
1009 Otherwise the function returns an error value indicating the problem.
1010 The possible error values returned are:
1012 @table @code
1013 @item ENOMEM
1014 There was insufficient memory available to satisfy the request.
1016 @item EINVAL
1017 @var{alignment} is not a power of two multiple of @code{sizeof (void *)}.
1019 @end table
1021 This function was introduced in POSIX 1003.1d.  Although this function is
1022 superseded by @code{aligned_alloc}, it is more portable to older POSIX
1023 systems that do not support @w{ISO C11}.
1024 @end deftypefun
1026 @comment malloc.h stdlib.h
1027 @comment BSD
1028 @deftypefun {void *} valloc (size_t @var{size})
1029 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtuinit{}}@asunsafe{@asuinit{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
1030 @c __libc_valloc @mtuinit @asuinit @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1031 @c  ptmalloc_init (once) @mtsenv @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1032 @c   _dl_addr @asucorrupt? @aculock
1033 @c    __rtld_lock_lock_recursive (dl_load_lock) @asucorrupt? @aculock
1034 @c    _dl_find_dso_for_object ok, iterates over dl_ns and its _ns_loaded objs
1035 @c      the ok above assumes no partial updates on dl_ns and _ns_loaded
1036 @c      that could confuse a _dl_addr call in a signal handler
1037 @c     _dl_addr_inside_object ok
1038 @c    determine_info ok
1039 @c    __rtld_lock_unlock_recursive (dl_load_lock) @aculock
1040 @c   *_environ @mtsenv
1041 @c   next_env_entry ok
1042 @c   strcspn dup ok
1043 @c   __libc_mallopt dup @mtasuconst:mallopt [setting mp_]
1044 @c   __malloc_check_init @mtasuconst:malloc_hooks [setting hooks]
1045 @c   *__malloc_initialize_hook unguarded, ok
1046 @c  *__memalign_hook dup ok, unguarded
1047 @c  arena_get dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1048 @c  _int_valloc @acsfd @acsmem
1049 @c   malloc_consolidate dup ok
1050 @c   _int_memalign dup @acsfd @acsmem
1051 @c  arena_get_retry dup @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1052 @c  _int_memalign dup @acsfd @acsmem
1053 @c  mutex_unlock dup @aculock
1054 Using @code{valloc} is like using @code{memalign} and passing the page size
1055 as the value of the first argument.  It is implemented like this:
1057 @smallexample
1058 void *
1059 valloc (size_t size)
1061   return memalign (getpagesize (), size);
1063 @end smallexample
1065 @ref{Query Memory Parameters} for more information about the memory
1066 subsystem.
1068 The @code{valloc} function is obsolete and @code{aligned_alloc} or
1069 @code{posix_memalign} should be used instead.
1070 @end deftypefun
1072 @node Malloc Tunable Parameters
1073 @subsubsection Malloc Tunable Parameters
1075 You can adjust some parameters for dynamic memory allocation with the
1076 @code{mallopt} function.  This function is the general SVID/XPG
1077 interface, defined in @file{malloc.h}.
1078 @pindex malloc.h
1080 @deftypefun int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
1081 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtuinit{} @mtasuconst{:mallopt}}@asunsafe{@asuinit{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @aculock{}}}
1082 @c __libc_mallopt @mtuinit @mtasuconst:mallopt @asuinit @asulock @aculock
1083 @c  ptmalloc_init (once) dup @mtsenv @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1084 @c  mutex_lock (main_arena->mutex) @asulock @aculock
1085 @c  malloc_consolidate dup ok
1086 @c  set_max_fast ok
1087 @c  mutex_unlock dup @aculock
1089 When calling @code{mallopt}, the @var{param} argument specifies the
1090 parameter to be set, and @var{value} the new value to be set.  Possible
1091 choices for @var{param}, as defined in @file{malloc.h}, are:
1093 @table @code
1094 @comment TODO: @item M_CHECK_ACTION
1095 @item M_MMAP_MAX
1096 The maximum number of chunks to allocate with @code{mmap}.  Setting this
1097 to zero disables all use of @code{mmap}.
1099 The default value of this parameter is @code{65536}.
1101 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1102 environment variable @env{MALLOC_MMAP_MAX_} to the desired value.
1104 @item M_MMAP_THRESHOLD
1105 All chunks larger than this value are allocated outside the normal
1106 heap, using the @code{mmap} system call.  This way it is guaranteed
1107 that the memory for these chunks can be returned to the system on
1108 @code{free}.  Note that requests smaller than this threshold might still
1109 be allocated via @code{mmap}.
1111 If this parameter is not set, the default value is set as 128 KiB and the
1112 threshold is adjusted dynamically to suit the allocation patterns of the
1113 program. If the parameter is set, the dynamic adjustment is disabled and the
1114 value is set statically to the input value.
1116 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1117 environment variable @env{MALLOC_MMAP_THRESHOLD_} to the desired value.
1118 @comment TODO: @item M_MXFAST
1120 @item M_PERTURB
1121 If non-zero, memory blocks are filled with values depending on some
1122 low order bits of this parameter when they are allocated (except when
1123 allocated by @code{calloc}) and freed.  This can be used to debug the
1124 use of uninitialized or freed heap memory.  Note that this option does not
1125 guarantee that the freed block will have any specific values.  It only
1126 guarantees that the content the block had before it was freed will be
1127 overwritten.
1129 The default value of this parameter is @code{0}.
1131 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1132 environment variable @env{MALLOC_MMAP_PERTURB_} to the desired value.
1134 @item M_TOP_PAD
1135 This parameter determines the amount of extra memory to obtain from the
1136 system when a call to @code{sbrk} is required.  It also specifies the
1137 number of bytes to retain when shrinking the heap by calling @code{sbrk}
1138 with a negative argument.  This provides the necessary hysteresis in
1139 heap size such that excessive amounts of system calls can be avoided.
1141 The default value of this parameter is @code{0}.
1143 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1144 environment variable @env{MALLOC_TOP_PAD_} to the desired value.
1146 @item M_TRIM_THRESHOLD
1147 This is the minimum size (in bytes) of the top-most, releasable chunk
1148 that will cause @code{sbrk} to be called with a negative argument in
1149 order to return memory to the system.
1151 If this parameter is not set, the default value is set as 128 KiB and the
1152 threshold is adjusted dynamically to suit the allocation patterns of the
1153 program. If the parameter is set, the dynamic adjustment is disabled and the
1154 value is set statically to the provided input.
1156 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1157 environment variable @env{MALLOC_TRIM_THRESHOLD_} to the desired value.
1159 @item M_ARENA_TEST
1160 This parameter specifies the number of arenas that can be created before the
1161 test on the limit to the number of arenas is conducted. The value is ignored if
1162 @code{M_ARENA_MAX} is set.
1164 The default value of this parameter is 2 on 32-bit systems and 8 on 64-bit
1165 systems.
1167 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1168 environment variable @env{MALLOC_ARENA_TEST} to the desired value.
1170 @item M_ARENA_MAX
1171 This parameter sets the number of arenas to use regardless of the number of
1172 cores in the system.
1174 The default value of this tunable is @code{0}, meaning that the limit on the
1175 number of arenas is determined by the number of CPU cores online. For 32-bit
1176 systems the limit is twice the number of cores online and on 64-bit systems, it
1177 is eight times the number of cores online.  Note that the default value is not
1178 derived from the default value of M_ARENA_TEST and is computed independently.
1180 This parameter can also be set for the process at startup by setting the
1181 environment variable @env{MALLOC_ARENA_MAX} to the desired value.
1182 @end table
1184 @end deftypefun
1186 @node Heap Consistency Checking
1187 @subsubsection Heap Consistency Checking
1189 @cindex heap consistency checking
1190 @cindex consistency checking, of heap
1192 You can ask @code{malloc} to check the consistency of dynamic memory by
1193 using the @code{mcheck} function.  This function is a GNU extension,
1194 declared in @file{mcheck.h}.
1195 @pindex mcheck.h
1197 @comment mcheck.h
1198 @comment GNU
1199 @deftypefun int mcheck (void (*@var{abortfn}) (enum mcheck_status @var{status}))
1200 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:mcheck} @mtasuconst{:malloc_hooks}}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1201 @c The hooks must be set up before malloc is first used, which sort of
1202 @c implies @mtuinit/@asuinit but since the function is a no-op if malloc
1203 @c was already used, that doesn't pose any safety issues.  The actual
1204 @c problem is with the hooks, designed for single-threaded
1205 @c fully-synchronous operation: they manage an unguarded linked list of
1206 @c allocated blocks, and get temporarily overwritten before calling the
1207 @c allocation functions recursively while holding the old hooks.  There
1208 @c are no guards for thread safety, and inconsistent hooks may be found
1209 @c within signal handlers or left behind in case of cancellation.
1211 Calling @code{mcheck} tells @code{malloc} to perform occasional
1212 consistency checks.  These will catch things such as writing
1213 past the end of a block that was allocated with @code{malloc}.
1215 The @var{abortfn} argument is the function to call when an inconsistency
1216 is found.  If you supply a null pointer, then @code{mcheck} uses a
1217 default function which prints a message and calls @code{abort}
1218 (@pxref{Aborting a Program}).  The function you supply is called with
1219 one argument, which says what sort of inconsistency was detected; its
1220 type is described below.
1222 It is too late to begin allocation checking once you have allocated
1223 anything with @code{malloc}.  So @code{mcheck} does nothing in that
1224 case.  The function returns @code{-1} if you call it too late, and
1225 @code{0} otherwise (when it is successful).
1227 The easiest way to arrange to call @code{mcheck} early enough is to use
1228 the option @samp{-lmcheck} when you link your program; then you don't
1229 need to modify your program source at all.  Alternatively you might use
1230 a debugger to insert a call to @code{mcheck} whenever the program is
1231 started, for example these gdb commands will automatically call @code{mcheck}
1232 whenever the program starts:
1234 @smallexample
1235 (gdb) break main
1236 Breakpoint 1, main (argc=2, argv=0xbffff964) at whatever.c:10
1237 (gdb) command 1
1238 Type commands for when breakpoint 1 is hit, one per line.
1239 End with a line saying just "end".
1240 >call mcheck(0)
1241 >continue
1242 >end
1243 (gdb) @dots{}
1244 @end smallexample
1246 This will however only work if no initialization function of any object
1247 involved calls any of the @code{malloc} functions since @code{mcheck}
1248 must be called before the first such function.
1250 @end deftypefun
1252 @deftypefun {enum mcheck_status} mprobe (void *@var{pointer})
1253 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:mcheck} @mtasuconst{:malloc_hooks}}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1254 @c The linked list of headers may be modified concurrently by other
1255 @c threads, and it may find a partial update if called from a signal
1256 @c handler.  It's mostly read only, so cancelling it might be safe, but
1257 @c it will modify global state that, if cancellation hits at just the
1258 @c right spot, may be left behind inconsistent.  This path is only taken
1259 @c if checkhdr finds an inconsistency.  If the inconsistency could only
1260 @c occur because of earlier undefined behavior, that wouldn't be an
1261 @c additional safety issue problem, but because of the other concurrency
1262 @c issues in the mcheck hooks, the apparent inconsistency could be the
1263 @c result of mcheck's own internal data race.  So, AC-Unsafe it is.
1265 The @code{mprobe} function lets you explicitly check for inconsistencies
1266 in a particular allocated block.  You must have already called
1267 @code{mcheck} at the beginning of the program, to do its occasional
1268 checks; calling @code{mprobe} requests an additional consistency check
1269 to be done at the time of the call.
1271 The argument @var{pointer} must be a pointer returned by @code{malloc}
1272 or @code{realloc}.  @code{mprobe} returns a value that says what
1273 inconsistency, if any, was found.  The values are described below.
1274 @end deftypefun
1276 @deftp {Data Type} {enum mcheck_status}
1277 This enumerated type describes what kind of inconsistency was detected
1278 in an allocated block, if any.  Here are the possible values:
1280 @table @code
1281 @item MCHECK_DISABLED
1282 @code{mcheck} was not called before the first allocation.
1283 No consistency checking can be done.
1284 @item MCHECK_OK
1285 No inconsistency detected.
1286 @item MCHECK_HEAD
1287 The data immediately before the block was modified.
1288 This commonly happens when an array index or pointer
1289 is decremented too far.
1290 @item MCHECK_TAIL
1291 The data immediately after the block was modified.
1292 This commonly happens when an array index or pointer
1293 is incremented too far.
1294 @item MCHECK_FREE
1295 The block was already freed.
1296 @end table
1297 @end deftp
1299 Another possibility to check for and guard against bugs in the use of
1300 @code{malloc}, @code{realloc} and @code{free} is to set the environment
1301 variable @code{MALLOC_CHECK_}.  When @code{MALLOC_CHECK_} is set, a
1302 special (less efficient) implementation is used which is designed to be
1303 tolerant against simple errors, such as double calls of @code{free} with
1304 the same argument, or overruns of a single byte (off-by-one bugs).  Not
1305 all such errors can be protected against, however, and memory leaks can
1306 result.  If @code{MALLOC_CHECK_} is set to @code{0}, any detected heap
1307 corruption is silently ignored; if set to @code{1}, a diagnostic is
1308 printed on @code{stderr}; if set to @code{2}, @code{abort} is called
1309 immediately.  This can be useful because otherwise a crash may happen
1310 much later, and the true cause for the problem is then very hard to
1311 track down.
1313 There is one problem with @code{MALLOC_CHECK_}: in SUID or SGID binaries
1314 it could possibly be exploited since diverging from the normal programs
1315 behavior it now writes something to the standard error descriptor.
1316 Therefore the use of @code{MALLOC_CHECK_} is disabled by default for
1317 SUID and SGID binaries.  It can be enabled again by the system
1318 administrator by adding a file @file{/etc/suid-debug} (the content is
1319 not important it could be empty).
1321 So, what's the difference between using @code{MALLOC_CHECK_} and linking
1322 with @samp{-lmcheck}?  @code{MALLOC_CHECK_} is orthogonal with respect to
1323 @samp{-lmcheck}.  @samp{-lmcheck} has been added for backward
1324 compatibility.  Both @code{MALLOC_CHECK_} and @samp{-lmcheck} should
1325 uncover the same bugs - but using @code{MALLOC_CHECK_} you don't need to
1326 recompile your application.
1328 @node Hooks for Malloc
1329 @subsubsection Memory Allocation Hooks
1330 @cindex allocation hooks, for @code{malloc}
1332 @Theglibc{} lets you modify the behavior of @code{malloc},
1333 @code{realloc}, and @code{free} by specifying appropriate hook
1334 functions.  You can use these hooks to help you debug programs that use
1335 dynamic memory allocation, for example.
1337 The hook variables are declared in @file{malloc.h}.
1338 @pindex malloc.h
1340 @comment malloc.h
1341 @comment GNU
1342 @defvar __malloc_hook
1343 The value of this variable is a pointer to the function that
1344 @code{malloc} uses whenever it is called.  You should define this
1345 function to look like @code{malloc}; that is, like:
1347 @smallexample
1348 void *@var{function} (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1349 @end smallexample
1351 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1352 the @code{malloc} function was called.  This value allows you to trace
1353 the memory consumption of the program.
1354 @end defvar
1356 @comment malloc.h
1357 @comment GNU
1358 @defvar __realloc_hook
1359 The value of this variable is a pointer to function that @code{realloc}
1360 uses whenever it is called.  You should define this function to look
1361 like @code{realloc}; that is, like:
1363 @smallexample
1364 void *@var{function} (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1365 @end smallexample
1367 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1368 the @code{realloc} function was called.  This value allows you to trace the
1369 memory consumption of the program.
1370 @end defvar
1372 @comment malloc.h
1373 @comment GNU
1374 @defvar __free_hook
1375 The value of this variable is a pointer to function that @code{free}
1376 uses whenever it is called.  You should define this function to look
1377 like @code{free}; that is, like:
1379 @smallexample
1380 void @var{function} (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
1381 @end smallexample
1383 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1384 the @code{free} function was called.  This value allows you to trace the
1385 memory consumption of the program.
1386 @end defvar
1388 @comment malloc.h
1389 @comment GNU
1390 @defvar __memalign_hook
1391 The value of this variable is a pointer to function that @code{aligned_alloc},
1392 @code{memalign}, @code{posix_memalign} and @code{valloc} use whenever they
1393 are called.  You should define this function to look like @code{aligned_alloc};
1394 that is, like:
1396 @smallexample
1397 void *@var{function} (size_t @var{alignment}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1398 @end smallexample
1400 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
1401 the @code{aligned_alloc}, @code{memalign}, @code{posix_memalign} or
1402 @code{valloc} functions are called.  This value allows you to trace the
1403 memory consumption of the program.
1404 @end defvar
1406 You must make sure that the function you install as a hook for one of
1407 these functions does not call that function recursively without restoring
1408 the old value of the hook first!  Otherwise, your program will get stuck
1409 in an infinite recursion.  Before calling the function recursively, one
1410 should make sure to restore all the hooks to their previous value.  When
1411 coming back from the recursive call, all the hooks should be resaved
1412 since a hook might modify itself.
1414 An issue to look out for is the time at which the malloc hook functions
1415 can be safely installed.  If the hook functions call the malloc-related
1416 functions recursively, it is necessary that malloc has already properly
1417 initialized itself at the time when @code{__malloc_hook} etc. is
1418 assigned to.  On the other hand, if the hook functions provide a
1419 complete malloc implementation of their own, it is vital that the hooks
1420 are assigned to @emph{before} the very first @code{malloc} call has
1421 completed, because otherwise a chunk obtained from the ordinary,
1422 un-hooked malloc may later be handed to @code{__free_hook}, for example.
1424 Here is an example showing how to use @code{__malloc_hook} and
1425 @code{__free_hook} properly.  It installs a function that prints out
1426 information every time @code{malloc} or @code{free} is called.  We just
1427 assume here that @code{realloc} and @code{memalign} are not used in our
1428 program.
1430 @smallexample
1431 /* Prototypes for __malloc_hook, __free_hook */
1432 #include <malloc.h>
1434 /* Prototypes for our hooks.  */
1435 static void my_init_hook (void);
1436 static void *my_malloc_hook (size_t, const void *);
1437 static void my_free_hook (void*, const void *);
1439 static void
1440 my_init (void)
1442   old_malloc_hook = __malloc_hook;
1443   old_free_hook = __free_hook;
1444   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1445   __free_hook = my_free_hook;
1448 static void *
1449 my_malloc_hook (size_t size, const void *caller)
1451   void *result;
1452   /* Restore all old hooks */
1453   __malloc_hook = old_malloc_hook;
1454   __free_hook = old_free_hook;
1455   /* Call recursively */
1456   result = malloc (size);
1457   /* Save underlying hooks */
1458   old_malloc_hook = __malloc_hook;
1459   old_free_hook = __free_hook;
1460   /* @r{@code{printf} might call @code{malloc}, so protect it too.} */
1461   printf ("malloc (%u) returns %p\n", (unsigned int) size, result);
1462   /* Restore our own hooks */
1463   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1464   __free_hook = my_free_hook;
1465   return result;
1468 static void
1469 my_free_hook (void *ptr, const void *caller)
1471   /* Restore all old hooks */
1472   __malloc_hook = old_malloc_hook;
1473   __free_hook = old_free_hook;
1474   /* Call recursively */
1475   free (ptr);
1476   /* Save underlying hooks */
1477   old_malloc_hook = __malloc_hook;
1478   old_free_hook = __free_hook;
1479   /* @r{@code{printf} might call @code{free}, so protect it too.} */
1480   printf ("freed pointer %p\n", ptr);
1481   /* Restore our own hooks */
1482   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1483   __free_hook = my_free_hook;
1486 main ()
1488   my_init ();
1489   @dots{}
1491 @end smallexample
1493 The @code{mcheck} function (@pxref{Heap Consistency Checking}) works by
1494 installing such hooks.
1496 @c __morecore, __after_morecore_hook are undocumented
1497 @c It's not clear whether to document them.
1499 @node Statistics of Malloc
1500 @subsubsection Statistics for Memory Allocation with @code{malloc}
1502 @cindex allocation statistics
1503 You can get information about dynamic memory allocation by calling the
1504 @code{mallinfo} function.  This function and its associated data type
1505 are declared in @file{malloc.h}; they are an extension of the standard
1506 SVID/XPG version.
1507 @pindex malloc.h
1509 @comment malloc.h
1510 @comment GNU
1511 @deftp {Data Type} {struct mallinfo}
1512 This structure type is used to return information about the dynamic
1513 memory allocator.  It contains the following members:
1515 @table @code
1516 @item int arena
1517 This is the total size of memory allocated with @code{sbrk} by
1518 @code{malloc}, in bytes.
1520 @item int ordblks
1521 This is the number of chunks not in use.  (The memory allocator
1522 internally gets chunks of memory from the operating system, and then
1523 carves them up to satisfy individual @code{malloc} requests;
1524 @pxref{The GNU Allocator}.)
1526 @item int smblks
1527 This field is unused.
1529 @item int hblks
1530 This is the total number of chunks allocated with @code{mmap}.
1532 @item int hblkhd
1533 This is the total size of memory allocated with @code{mmap}, in bytes.
1535 @item int usmblks
1536 This field is unused and always 0.
1538 @item int fsmblks
1539 This field is unused.
1541 @item int uordblks
1542 This is the total size of memory occupied by chunks handed out by
1543 @code{malloc}.
1545 @item int fordblks
1546 This is the total size of memory occupied by free (not in use) chunks.
1548 @item int keepcost
1549 This is the size of the top-most releasable chunk that normally
1550 borders the end of the heap (i.e., the high end of the virtual address
1551 space's data segment).
1553 @end table
1554 @end deftp
1556 @comment malloc.h
1557 @comment SVID
1558 @deftypefun {struct mallinfo} mallinfo (void)
1559 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtuinit{} @mtasuconst{:mallopt}}@asunsafe{@asuinit{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @aculock{}}}
1560 @c Accessing mp_.n_mmaps and mp_.max_mmapped_mem, modified with atomics
1561 @c but non-atomically elsewhere, may get us inconsistent results.  We
1562 @c mark the statistics as unsafe, rather than the fast-path functions
1563 @c that collect the possibly inconsistent data.
1565 @c __libc_mallinfo @mtuinit @mtasuconst:mallopt @asuinit @asulock @aculock
1566 @c  ptmalloc_init (once) dup @mtsenv @asulock @aculock @acsfd @acsmem
1567 @c  mutex_lock dup @asulock @aculock
1568 @c  int_mallinfo @mtasuconst:mallopt [mp_ access on main_arena]
1569 @c   malloc_consolidate dup ok
1570 @c   check_malloc_state dup ok/disabled
1571 @c   chunksize dup ok
1572 @c   fastbin dupo ok
1573 @c   bin_at dup ok
1574 @c   last dup ok
1575 @c  mutex_unlock @aculock
1577 This function returns information about the current dynamic memory usage
1578 in a structure of type @code{struct mallinfo}.
1579 @end deftypefun
1581 @node Summary of Malloc
1582 @subsubsection Summary of @code{malloc}-Related Functions
1584 Here is a summary of the functions that work with @code{malloc}:
1586 @table @code
1587 @item void *malloc (size_t @var{size})
1588 Allocate a block of @var{size} bytes.  @xref{Basic Allocation}.
1590 @item void free (void *@var{addr})
1591 Free a block previously allocated by @code{malloc}.  @xref{Freeing after
1592 Malloc}.
1594 @item void *realloc (void *@var{addr}, size_t @var{size})
1595 Make a block previously allocated by @code{malloc} larger or smaller,
1596 possibly by copying it to a new location.  @xref{Changing Block Size}.
1598 @item void *calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
1599 Allocate a block of @var{count} * @var{eltsize} bytes using
1600 @code{malloc}, and set its contents to zero.  @xref{Allocating Cleared
1601 Space}.
1603 @item void *valloc (size_t @var{size})
1604 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on a page boundary.
1605 @xref{Aligned Memory Blocks}.
1607 @item void *aligned_alloc (size_t @var{size}, size_t @var{alignment})
1608 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1609 multiple of @var{alignment}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1611 @item int posix_memalign (void **@var{memptr}, size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
1612 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1613 multiple of @var{alignment}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1615 @item void *memalign (size_t @var{size}, size_t @var{boundary})
1616 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1617 multiple of @var{boundary}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1619 @item int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
1620 Adjust a tunable parameter.  @xref{Malloc Tunable Parameters}.
1622 @item int mcheck (void (*@var{abortfn}) (void))
1623 Tell @code{malloc} to perform occasional consistency checks on
1624 dynamically allocated memory, and to call @var{abortfn} when an
1625 inconsistency is found.  @xref{Heap Consistency Checking}.
1627 @item void *(*__malloc_hook) (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1628 A pointer to a function that @code{malloc} uses whenever it is called.
1630 @item void *(*__realloc_hook) (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1631 A pointer to a function that @code{realloc} uses whenever it is called.
1633 @item void (*__free_hook) (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
1634 A pointer to a function that @code{free} uses whenever it is called.
1636 @item void (*__memalign_hook) (size_t @var{size}, size_t @var{alignment}, const void *@var{caller})
1637 A pointer to a function that @code{aligned_alloc}, @code{memalign},
1638 @code{posix_memalign} and @code{valloc} use whenever they are called.
1640 @item struct mallinfo mallinfo (void)
1641 Return information about the current dynamic memory usage.
1642 @xref{Statistics of Malloc}.
1643 @end table
1645 @node Allocation Debugging
1646 @subsection Allocation Debugging
1647 @cindex allocation debugging
1648 @cindex malloc debugger
1650 A complicated task when programming with languages which do not use
1651 garbage collected dynamic memory allocation is to find memory leaks.
1652 Long running programs must ensure that dynamically allocated objects are
1653 freed at the end of their lifetime.  If this does not happen the system
1654 runs out of memory, sooner or later.
1656 The @code{malloc} implementation in @theglibc{} provides some
1657 simple means to detect such leaks and obtain some information to find
1658 the location.  To do this the application must be started in a special
1659 mode which is enabled by an environment variable.  There are no speed
1660 penalties for the program if the debugging mode is not enabled.
1662 @menu
1663 * Tracing malloc::               How to install the tracing functionality.
1664 * Using the Memory Debugger::    Example programs excerpts.
1665 * Tips for the Memory Debugger:: Some more or less clever ideas.
1666 * Interpreting the traces::      What do all these lines mean?
1667 @end menu
1669 @node Tracing malloc
1670 @subsubsection How to install the tracing functionality
1672 @comment mcheck.h
1673 @comment GNU
1674 @deftypefun void mtrace (void)
1675 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtsenv{} @mtasurace{:mtrace} @mtasuconst{:malloc_hooks} @mtuinit{}}@asunsafe{@asuinit{} @ascuheap{} @asucorrupt{} @asulock{}}@acunsafe{@acuinit{} @acucorrupt{} @aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
1676 @c Like the mcheck hooks, these are not designed with thread safety in
1677 @c mind, because the hook pointers are temporarily modified without
1678 @c regard to other threads, signals or cancellation.
1680 @c mtrace @mtuinit @mtasurace:mtrace @mtsenv @asuinit @ascuheap @asucorrupt @acuinit @acucorrupt @aculock @acsfd @acsmem
1681 @c  __libc_secure_getenv dup @mtsenv
1682 @c  malloc dup @ascuheap @acsmem
1683 @c  fopen dup @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1684 @c  fcntl dup ok
1685 @c  setvbuf dup @aculock
1686 @c  fprintf dup (on newly-created stream) @aculock
1687 @c  __cxa_atexit (once) dup @asulock @aculock @acsmem
1688 @c  free dup @ascuheap @acsmem
1689 When the @code{mtrace} function is called it looks for an environment
1690 variable named @code{MALLOC_TRACE}.  This variable is supposed to
1691 contain a valid file name.  The user must have write access.  If the
1692 file already exists it is truncated.  If the environment variable is not
1693 set or it does not name a valid file which can be opened for writing
1694 nothing is done.  The behavior of @code{malloc} etc. is not changed.
1695 For obvious reasons this also happens if the application is installed
1696 with the SUID or SGID bit set.
1698 If the named file is successfully opened, @code{mtrace} installs special
1699 handlers for the functions @code{malloc}, @code{realloc}, and
1700 @code{free} (@pxref{Hooks for Malloc}).  From then on, all uses of these
1701 functions are traced and protocolled into the file.  There is now of
1702 course a speed penalty for all calls to the traced functions so tracing
1703 should not be enabled during normal use.
1705 This function is a GNU extension and generally not available on other
1706 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1707 @end deftypefun
1709 @comment mcheck.h
1710 @comment GNU
1711 @deftypefun void muntrace (void)
1712 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:mtrace} @mtasuconst{:malloc_hooks} @mtslocale{}}@asunsafe{@asucorrupt{} @ascuheap{}}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{} @aculock{} @acsfd{}}}
1714 @c muntrace @mtasurace:mtrace @mtslocale @asucorrupt @ascuheap @acucorrupt @acsmem @aculock @acsfd
1715 @c  fprintf (fputs) dup @mtslocale @asucorrupt @ascuheap @acsmem @aculock @acucorrupt
1716 @c  fclose dup @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1717 The @code{muntrace} function can be called after @code{mtrace} was used
1718 to enable tracing the @code{malloc} calls.  If no (successful) call of
1719 @code{mtrace} was made @code{muntrace} does nothing.
1721 Otherwise it deinstalls the handlers for @code{malloc}, @code{realloc},
1722 and @code{free} and then closes the protocol file.  No calls are
1723 protocolled anymore and the program runs again at full speed.
1725 This function is a GNU extension and generally not available on other
1726 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1727 @end deftypefun
1729 @node Using the Memory Debugger
1730 @subsubsection Example program excerpts
1732 Even though the tracing functionality does not influence the runtime
1733 behavior of the program it is not a good idea to call @code{mtrace} in
1734 all programs.  Just imagine that you debug a program using @code{mtrace}
1735 and all other programs used in the debugging session also trace their
1736 @code{malloc} calls.  The output file would be the same for all programs
1737 and thus is unusable.  Therefore one should call @code{mtrace} only if
1738 compiled for debugging.  A program could therefore start like this:
1740 @example
1741 #include <mcheck.h>
1744 main (int argc, char *argv[])
1746 #ifdef DEBUGGING
1747   mtrace ();
1748 #endif
1749   @dots{}
1751 @end example
1753 This is all that is needed if you want to trace the calls during the
1754 whole runtime of the program.  Alternatively you can stop the tracing at
1755 any time with a call to @code{muntrace}.  It is even possible to restart
1756 the tracing again with a new call to @code{mtrace}.  But this can cause
1757 unreliable results since there may be calls of the functions which are
1758 not called.  Please note that not only the application uses the traced
1759 functions, also libraries (including the C library itself) use these
1760 functions.
1762 This last point is also why it is not a good idea to call @code{muntrace}
1763 before the program terminates.  The libraries are informed about the
1764 termination of the program only after the program returns from
1765 @code{main} or calls @code{exit} and so cannot free the memory they use
1766 before this time.
1768 So the best thing one can do is to call @code{mtrace} as the very first
1769 function in the program and never call @code{muntrace}.  So the program
1770 traces almost all uses of the @code{malloc} functions (except those
1771 calls which are executed by constructors of the program or used
1772 libraries).
1774 @node Tips for the Memory Debugger
1775 @subsubsection Some more or less clever ideas
1777 You know the situation.  The program is prepared for debugging and in
1778 all debugging sessions it runs well.  But once it is started without
1779 debugging the error shows up.  A typical example is a memory leak that
1780 becomes visible only when we turn off the debugging.  If you foresee
1781 such situations you can still win.  Simply use something equivalent to
1782 the following little program:
1784 @example
1785 #include <mcheck.h>
1786 #include <signal.h>
1788 static void
1789 enable (int sig)
1791   mtrace ();
1792   signal (SIGUSR1, enable);
1795 static void
1796 disable (int sig)
1798   muntrace ();
1799   signal (SIGUSR2, disable);
1803 main (int argc, char *argv[])
1805   @dots{}
1807   signal (SIGUSR1, enable);
1808   signal (SIGUSR2, disable);
1810   @dots{}
1812 @end example
1814 I.e., the user can start the memory debugger any time s/he wants if the
1815 program was started with @code{MALLOC_TRACE} set in the environment.
1816 The output will of course not show the allocations which happened before
1817 the first signal but if there is a memory leak this will show up
1818 nevertheless.
1820 @node Interpreting the traces
1821 @subsubsection Interpreting the traces
1823 If you take a look at the output it will look similar to this:
1825 @example
1826 = Start
1827 @ [0x8048209] - 0x8064cc8
1828 @ [0x8048209] - 0x8064ce0
1829 @ [0x8048209] - 0x8064cf8
1830 @ [0x80481eb] + 0x8064c48 0x14
1831 @ [0x80481eb] + 0x8064c60 0x14
1832 @ [0x80481eb] + 0x8064c78 0x14
1833 @ [0x80481eb] + 0x8064c90 0x14
1834 = End
1835 @end example
1837 What this all means is not really important since the trace file is not
1838 meant to be read by a human.  Therefore no attention is given to
1839 readability.  Instead there is a program which comes with @theglibc{}
1840 which interprets the traces and outputs a summary in an
1841 user-friendly way.  The program is called @code{mtrace} (it is in fact a
1842 Perl script) and it takes one or two arguments.  In any case the name of
1843 the file with the trace output must be specified.  If an optional
1844 argument precedes the name of the trace file this must be the name of
1845 the program which generated the trace.
1847 @example
1848 drepper$ mtrace tst-mtrace log
1849 No memory leaks.
1850 @end example
1852 In this case the program @code{tst-mtrace} was run and it produced a
1853 trace file @file{log}.  The message printed by @code{mtrace} shows there
1854 are no problems with the code, all allocated memory was freed
1855 afterwards.
1857 If we call @code{mtrace} on the example trace given above we would get a
1858 different outout:
1860 @example
1861 drepper$ mtrace errlog
1862 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd 0x8048209
1863 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd 0x8048209
1864 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd 0x8048209
1866 Memory not freed:
1867 -----------------
1868    Address     Size     Caller
1869 0x08064c48     0x14  at 0x80481eb
1870 0x08064c60     0x14  at 0x80481eb
1871 0x08064c78     0x14  at 0x80481eb
1872 0x08064c90     0x14  at 0x80481eb
1873 @end example
1875 We have called @code{mtrace} with only one argument and so the script
1876 has no chance to find out what is meant with the addresses given in the
1877 trace.  We can do better:
1879 @example
1880 drepper$ mtrace tst errlog
1881 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1882 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1883 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1885 Memory not freed:
1886 -----------------
1887    Address     Size     Caller
1888 0x08064c48     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1889 0x08064c60     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1890 0x08064c78     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1891 0x08064c90     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1892 @end example
1894 Suddenly the output makes much more sense and the user can see
1895 immediately where the function calls causing the trouble can be found.
1897 Interpreting this output is not complicated.  There are at most two
1898 different situations being detected.  First, @code{free} was called for
1899 pointers which were never returned by one of the allocation functions.
1900 This is usually a very bad problem and what this looks like is shown in
1901 the first three lines of the output.  Situations like this are quite
1902 rare and if they appear they show up very drastically: the program
1903 normally crashes.
1905 The other situation which is much harder to detect are memory leaks.  As
1906 you can see in the output the @code{mtrace} function collects all this
1907 information and so can say that the program calls an allocation function
1908 from line 33 in the source file @file{/home/drepper/tst-mtrace.c} four
1909 times without freeing this memory before the program terminates.
1910 Whether this is a real problem remains to be investigated.
1912 @node Obstacks
1913 @subsection Obstacks
1914 @cindex obstacks
1916 An @dfn{obstack} is a pool of memory containing a stack of objects.  You
1917 can create any number of separate obstacks, and then allocate objects in
1918 specified obstacks.  Within each obstack, the last object allocated must
1919 always be the first one freed, but distinct obstacks are independent of
1920 each other.
1922 Aside from this one constraint of order of freeing, obstacks are totally
1923 general: an obstack can contain any number of objects of any size.  They
1924 are implemented with macros, so allocation is usually very fast as long as
1925 the objects are usually small.  And the only space overhead per object is
1926 the padding needed to start each object on a suitable boundary.
1928 @menu
1929 * Creating Obstacks::           How to declare an obstack in your program.
1930 * Preparing for Obstacks::      Preparations needed before you can
1931                                  use obstacks.
1932 * Allocation in an Obstack::    Allocating objects in an obstack.
1933 * Freeing Obstack Objects::     Freeing objects in an obstack.
1934 * Obstack Functions::           The obstack functions are both
1935                                  functions and macros.
1936 * Growing Objects::             Making an object bigger by stages.
1937 * Extra Fast Growing::          Extra-high-efficiency (though more
1938                                  complicated) growing objects.
1939 * Status of an Obstack::        Inquiries about the status of an obstack.
1940 * Obstacks Data Alignment::     Controlling alignment of objects in obstacks.
1941 * Obstack Chunks::              How obstacks obtain and release chunks;
1942                                  efficiency considerations.
1943 * Summary of Obstacks::
1944 @end menu
1946 @node Creating Obstacks
1947 @subsubsection Creating Obstacks
1949 The utilities for manipulating obstacks are declared in the header
1950 file @file{obstack.h}.
1951 @pindex obstack.h
1953 @comment obstack.h
1954 @comment GNU
1955 @deftp {Data Type} {struct obstack}
1956 An obstack is represented by a data structure of type @code{struct
1957 obstack}.  This structure has a small fixed size; it records the status
1958 of the obstack and how to find the space in which objects are allocated.
1959 It does not contain any of the objects themselves.  You should not try
1960 to access the contents of the structure directly; use only the functions
1961 described in this chapter.
1962 @end deftp
1964 You can declare variables of type @code{struct obstack} and use them as
1965 obstacks, or you can allocate obstacks dynamically like any other kind
1966 of object.  Dynamic allocation of obstacks allows your program to have a
1967 variable number of different stacks.  (You can even allocate an
1968 obstack structure in another obstack, but this is rarely useful.)
1970 All the functions that work with obstacks require you to specify which
1971 obstack to use.  You do this with a pointer of type @code{struct obstack
1972 *}.  In the following, we often say ``an obstack'' when strictly
1973 speaking the object at hand is such a pointer.
1975 The objects in the obstack are packed into large blocks called
1976 @dfn{chunks}.  The @code{struct obstack} structure points to a chain of
1977 the chunks currently in use.
1979 The obstack library obtains a new chunk whenever you allocate an object
1980 that won't fit in the previous chunk.  Since the obstack library manages
1981 chunks automatically, you don't need to pay much attention to them, but
1982 you do need to supply a function which the obstack library should use to
1983 get a chunk.  Usually you supply a function which uses @code{malloc}
1984 directly or indirectly.  You must also supply a function to free a chunk.
1985 These matters are described in the following section.
1987 @node Preparing for Obstacks
1988 @subsubsection Preparing for Using Obstacks
1990 Each source file in which you plan to use the obstack functions
1991 must include the header file @file{obstack.h}, like this:
1993 @smallexample
1994 #include <obstack.h>
1995 @end smallexample
1997 @findex obstack_chunk_alloc
1998 @findex obstack_chunk_free
1999 Also, if the source file uses the macro @code{obstack_init}, it must
2000 declare or define two functions or macros that will be called by the
2001 obstack library.  One, @code{obstack_chunk_alloc}, is used to allocate
2002 the chunks of memory into which objects are packed.  The other,
2003 @code{obstack_chunk_free}, is used to return chunks when the objects in
2004 them are freed.  These macros should appear before any use of obstacks
2005 in the source file.
2007 Usually these are defined to use @code{malloc} via the intermediary
2008 @code{xmalloc} (@pxref{Unconstrained Allocation}).  This is done with
2009 the following pair of macro definitions:
2011 @smallexample
2012 #define obstack_chunk_alloc xmalloc
2013 #define obstack_chunk_free free
2014 @end smallexample
2016 @noindent
2017 Though the memory you get using obstacks really comes from @code{malloc},
2018 using obstacks is faster because @code{malloc} is called less often, for
2019 larger blocks of memory.  @xref{Obstack Chunks}, for full details.
2021 At run time, before the program can use a @code{struct obstack} object
2022 as an obstack, it must initialize the obstack by calling
2023 @code{obstack_init}.
2025 @comment obstack.h
2026 @comment GNU
2027 @deftypefun int obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2028 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{@acsmem{}}}
2029 @c obstack_init @mtsrace:obstack-ptr @acsmem
2030 @c  _obstack_begin @acsmem
2031 @c    chunkfun = obstack_chunk_alloc (suggested malloc)
2032 @c    freefun = obstack_chunk_free (suggested free)
2033 @c   *chunkfun @acsmem
2034 @c    obstack_chunk_alloc user-supplied
2035 @c   *obstack_alloc_failed_handler user-supplied
2036 @c    -> print_and_abort (default)
2038 @c print_and_abort
2039 @c  _ dup @ascuintl
2040 @c  fxprintf dup @asucorrupt @aculock @acucorrupt
2041 @c  exit @acucorrupt?
2042 Initialize obstack @var{obstack-ptr} for allocation of objects.  This
2043 function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function.  If
2044 allocation of memory fails, the function pointed to by
2045 @code{obstack_alloc_failed_handler} is called.  The @code{obstack_init}
2046 function always returns 1 (Compatibility notice: Former versions of
2047 obstack returned 0 if allocation failed).
2048 @end deftypefun
2050 Here are two examples of how to allocate the space for an obstack and
2051 initialize it.  First, an obstack that is a static variable:
2053 @smallexample
2054 static struct obstack myobstack;
2055 @dots{}
2056 obstack_init (&myobstack);
2057 @end smallexample
2059 @noindent
2060 Second, an obstack that is itself dynamically allocated:
2062 @smallexample
2063 struct obstack *myobstack_ptr
2064   = (struct obstack *) xmalloc (sizeof (struct obstack));
2066 obstack_init (myobstack_ptr);
2067 @end smallexample
2069 @comment obstack.h
2070 @comment GNU
2071 @defvar obstack_alloc_failed_handler
2072 The value of this variable is a pointer to a function that
2073 @code{obstack} uses when @code{obstack_chunk_alloc} fails to allocate
2074 memory.  The default action is to print a message and abort.
2075 You should supply a function that either calls @code{exit}
2076 (@pxref{Program Termination}) or @code{longjmp} (@pxref{Non-Local
2077 Exits}) and doesn't return.
2079 @smallexample
2080 void my_obstack_alloc_failed (void)
2081 @dots{}
2082 obstack_alloc_failed_handler = &my_obstack_alloc_failed;
2083 @end smallexample
2085 @end defvar
2087 @node Allocation in an Obstack
2088 @subsubsection Allocation in an Obstack
2089 @cindex allocation (obstacks)
2091 The most direct way to allocate an object in an obstack is with
2092 @code{obstack_alloc}, which is invoked almost like @code{malloc}.
2094 @comment obstack.h
2095 @comment GNU
2096 @deftypefun {void *} obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2097 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2098 @c obstack_alloc @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2099 @c  obstack_blank dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2100 @c  obstack_finish dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2101 This allocates an uninitialized block of @var{size} bytes in an obstack
2102 and returns its address.  Here @var{obstack-ptr} specifies which obstack
2103 to allocate the block in; it is the address of the @code{struct obstack}
2104 object which represents the obstack.  Each obstack function or macro
2105 requires you to specify an @var{obstack-ptr} as the first argument.
2107 This function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function if
2108 it needs to allocate a new chunk of memory; it calls
2109 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
2110 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
2111 @end deftypefun
2113 For example, here is a function that allocates a copy of a string @var{str}
2114 in a specific obstack, which is in the variable @code{string_obstack}:
2116 @smallexample
2117 struct obstack string_obstack;
2119 char *
2120 copystring (char *string)
2122   size_t len = strlen (string) + 1;
2123   char *s = (char *) obstack_alloc (&string_obstack, len);
2124   memcpy (s, string, len);
2125   return s;
2127 @end smallexample
2129 To allocate a block with specified contents, use the function
2130 @code{obstack_copy}, declared like this:
2132 @comment obstack.h
2133 @comment GNU
2134 @deftypefun {void *} obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2135 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2136 @c obstack_copy @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2137 @c  obstack_grow dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2138 @c  obstack_finish dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2139 This allocates a block and initializes it by copying @var{size}
2140 bytes of data starting at @var{address}.  It calls
2141 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
2142 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
2143 @end deftypefun
2145 @comment obstack.h
2146 @comment GNU
2147 @deftypefun {void *} obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2148 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2149 @c obstack_copy0 @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2150 @c  obstack_grow0 dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2151 @c  obstack_finish dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2152 Like @code{obstack_copy}, but appends an extra byte containing a null
2153 character.  This extra byte is not counted in the argument @var{size}.
2154 @end deftypefun
2156 The @code{obstack_copy0} function is convenient for copying a sequence
2157 of characters into an obstack as a null-terminated string.  Here is an
2158 example of its use:
2160 @smallexample
2161 char *
2162 obstack_savestring (char *addr, int size)
2164   return obstack_copy0 (&myobstack, addr, size);
2166 @end smallexample
2168 @noindent
2169 Contrast this with the previous example of @code{savestring} using
2170 @code{malloc} (@pxref{Basic Allocation}).
2172 @node Freeing Obstack Objects
2173 @subsubsection Freeing Objects in an Obstack
2174 @cindex freeing (obstacks)
2176 To free an object allocated in an obstack, use the function
2177 @code{obstack_free}.  Since the obstack is a stack of objects, freeing
2178 one object automatically frees all other objects allocated more recently
2179 in the same obstack.
2181 @comment obstack.h
2182 @comment GNU
2183 @deftypefun void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
2184 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
2185 @c obstack_free @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2186 @c  (obstack_free) @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2187 @c   *freefun dup user-supplied
2188 If @var{object} is a null pointer, everything allocated in the obstack
2189 is freed.  Otherwise, @var{object} must be the address of an object
2190 allocated in the obstack.  Then @var{object} is freed, along with
2191 everything allocated in @var{obstack-ptr} since @var{object}.
2192 @end deftypefun
2194 Note that if @var{object} is a null pointer, the result is an
2195 uninitialized obstack.  To free all memory in an obstack but leave it
2196 valid for further allocation, call @code{obstack_free} with the address
2197 of the first object allocated on the obstack:
2199 @smallexample
2200 obstack_free (obstack_ptr, first_object_allocated_ptr);
2201 @end smallexample
2203 Recall that the objects in an obstack are grouped into chunks.  When all
2204 the objects in a chunk become free, the obstack library automatically
2205 frees the chunk (@pxref{Preparing for Obstacks}).  Then other
2206 obstacks, or non-obstack allocation, can reuse the space of the chunk.
2208 @node Obstack Functions
2209 @subsubsection Obstack Functions and Macros
2210 @cindex macros
2212 The interfaces for using obstacks may be defined either as functions or
2213 as macros, depending on the compiler.  The obstack facility works with
2214 all C compilers, including both @w{ISO C} and traditional C, but there are
2215 precautions you must take if you plan to use compilers other than GNU C.
2217 If you are using an old-fashioned @w{non-ISO C} compiler, all the obstack
2218 ``functions'' are actually defined only as macros.  You can call these
2219 macros like functions, but you cannot use them in any other way (for
2220 example, you cannot take their address).
2222 Calling the macros requires a special precaution: namely, the first
2223 operand (the obstack pointer) may not contain any side effects, because
2224 it may be computed more than once.  For example, if you write this:
2226 @smallexample
2227 obstack_alloc (get_obstack (), 4);
2228 @end smallexample
2230 @noindent
2231 you will find that @code{get_obstack} may be called several times.
2232 If you use @code{*obstack_list_ptr++} as the obstack pointer argument,
2233 you will get very strange results since the incrementation may occur
2234 several times.
2236 In @w{ISO C}, each function has both a macro definition and a function
2237 definition.  The function definition is used if you take the address of the
2238 function without calling it.  An ordinary call uses the macro definition by
2239 default, but you can request the function definition instead by writing the
2240 function name in parentheses, as shown here:
2242 @smallexample
2243 char *x;
2244 void *(*funcp) ();
2245 /* @r{Use the macro}.  */
2246 x = (char *) obstack_alloc (obptr, size);
2247 /* @r{Call the function}.  */
2248 x = (char *) (obstack_alloc) (obptr, size);
2249 /* @r{Take the address of the function}.  */
2250 funcp = obstack_alloc;
2251 @end smallexample
2253 @noindent
2254 This is the same situation that exists in @w{ISO C} for the standard library
2255 functions.  @xref{Macro Definitions}.
2257 @strong{Warning:} When you do use the macros, you must observe the
2258 precaution of avoiding side effects in the first operand, even in @w{ISO C}.
2260 If you use the GNU C compiler, this precaution is not necessary, because
2261 various language extensions in GNU C permit defining the macros so as to
2262 compute each argument only once.
2264 @node Growing Objects
2265 @subsubsection Growing Objects
2266 @cindex growing objects (in obstacks)
2267 @cindex changing the size of a block (obstacks)
2269 Because memory in obstack chunks is used sequentially, it is possible to
2270 build up an object step by step, adding one or more bytes at a time to the
2271 end of the object.  With this technique, you do not need to know how much
2272 data you will put in the object until you come to the end of it.  We call
2273 this the technique of @dfn{growing objects}.  The special functions
2274 for adding data to the growing object are described in this section.
2276 You don't need to do anything special when you start to grow an object.
2277 Using one of the functions to add data to the object automatically
2278 starts it.  However, it is necessary to say explicitly when the object is
2279 finished.  This is done with the function @code{obstack_finish}.
2281 The actual address of the object thus built up is not known until the
2282 object is finished.  Until then, it always remains possible that you will
2283 add so much data that the object must be copied into a new chunk.
2285 While the obstack is in use for a growing object, you cannot use it for
2286 ordinary allocation of another object.  If you try to do so, the space
2287 already added to the growing object will become part of the other object.
2289 @comment obstack.h
2290 @comment GNU
2291 @deftypefun void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2292 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2293 @c obstack_blank @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2294 @c  _obstack_newchunk @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2295 @c   *chunkfun dup @acsmem
2296 @c   *obstack_alloc_failed_handler dup user-supplied
2297 @c   *freefun
2298 @c  obstack_blank_fast dup @mtsrace:obstack-ptr
2299 The most basic function for adding to a growing object is
2300 @code{obstack_blank}, which adds space without initializing it.
2301 @end deftypefun
2303 @comment obstack.h
2304 @comment GNU
2305 @deftypefun void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
2306 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2307 @c obstack_grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2308 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2309 @c  memcpy ok
2310 To add a block of initialized space, use @code{obstack_grow}, which is
2311 the growing-object analogue of @code{obstack_copy}.  It adds @var{size}
2312 bytes of data to the growing object, copying the contents from
2313 @var{data}.
2314 @end deftypefun
2316 @comment obstack.h
2317 @comment GNU
2318 @deftypefun void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
2319 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2320 @c obstack_grow0 @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2321 @c   (no sequence point between storing NUL and incrementing next_free)
2322 @c   (multiple changes to next_free => @acucorrupt)
2323 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2324 @c  memcpy ok
2325 This is the growing-object analogue of @code{obstack_copy0}.  It adds
2326 @var{size} bytes copied from @var{data}, followed by an additional null
2327 character.
2328 @end deftypefun
2330 @comment obstack.h
2331 @comment GNU
2332 @deftypefun void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
2333 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2334 @c obstack_1grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2335 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2336 @c  obstack_1grow_fast dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2337 To add one character at a time, use the function @code{obstack_1grow}.
2338 It adds a single byte containing @var{c} to the growing object.
2339 @end deftypefun
2341 @comment obstack.h
2342 @comment GNU
2343 @deftypefun void obstack_ptr_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
2344 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2345 @c obstack_ptr_grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2346 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2347 @c  obstack_ptr_grow_fast dup @mtsrace:obstack-ptr
2348 Adding the value of a pointer one can use the function
2349 @code{obstack_ptr_grow}.  It adds @code{sizeof (void *)} bytes
2350 containing the value of @var{data}.
2351 @end deftypefun
2353 @comment obstack.h
2354 @comment GNU
2355 @deftypefun void obstack_int_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
2356 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2357 @c obstack_int_grow @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2358 @c  _obstack_newchunk dup @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2359 @c  obstack_int_grow_fast dup @mtsrace:obstack-ptr
2360 A single value of type @code{int} can be added by using the
2361 @code{obstack_int_grow} function.  It adds @code{sizeof (int)} bytes to
2362 the growing object and initializes them with the value of @var{data}.
2363 @end deftypefun
2365 @comment obstack.h
2366 @comment GNU
2367 @deftypefun {void *} obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2368 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
2369 @c obstack_finish @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt
2370 When you are finished growing the object, use the function
2371 @code{obstack_finish} to close it off and return its final address.
2373 Once you have finished the object, the obstack is available for ordinary
2374 allocation or for growing another object.
2376 This function can return a null pointer under the same conditions as
2377 @code{obstack_alloc} (@pxref{Allocation in an Obstack}).
2378 @end deftypefun
2380 When you build an object by growing it, you will probably need to know
2381 afterward how long it became.  You need not keep track of this as you grow
2382 the object, because you can find out the length from the obstack just
2383 before finishing the object with the function @code{obstack_object_size},
2384 declared as follows:
2386 @comment obstack.h
2387 @comment GNU
2388 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2389 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2390 This function returns the current size of the growing object, in bytes.
2391 Remember to call this function @emph{before} finishing the object.
2392 After it is finished, @code{obstack_object_size} will return zero.
2393 @end deftypefun
2395 If you have started growing an object and wish to cancel it, you should
2396 finish it and then free it, like this:
2398 @smallexample
2399 obstack_free (obstack_ptr, obstack_finish (obstack_ptr));
2400 @end smallexample
2402 @noindent
2403 This has no effect if no object was growing.
2405 @cindex shrinking objects
2406 You can use @code{obstack_blank} with a negative size argument to make
2407 the current object smaller.  Just don't try to shrink it beyond zero
2408 length---there's no telling what will happen if you do that.
2410 @node Extra Fast Growing
2411 @subsubsection Extra Fast Growing Objects
2412 @cindex efficiency and obstacks
2414 The usual functions for growing objects incur overhead for checking
2415 whether there is room for the new growth in the current chunk.  If you
2416 are frequently constructing objects in small steps of growth, this
2417 overhead can be significant.
2419 You can reduce the overhead by using special ``fast growth''
2420 functions that grow the object without checking.  In order to have a
2421 robust program, you must do the checking yourself.  If you do this checking
2422 in the simplest way each time you are about to add data to the object, you
2423 have not saved anything, because that is what the ordinary growth
2424 functions do.  But if you can arrange to check less often, or check
2425 more efficiently, then you make the program faster.
2427 The function @code{obstack_room} returns the amount of room available
2428 in the current chunk.  It is declared as follows:
2430 @comment obstack.h
2431 @comment GNU
2432 @deftypefun int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2433 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2434 This returns the number of bytes that can be added safely to the current
2435 growing object (or to an object about to be started) in obstack
2436 @var{obstack-ptr} using the fast growth functions.
2437 @end deftypefun
2439 While you know there is room, you can use these fast growth functions
2440 for adding data to a growing object:
2442 @comment obstack.h
2443 @comment GNU
2444 @deftypefun void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
2445 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{} @acsmem{}}}
2446 @c obstack_1grow_fast @mtsrace:obstack-ptr @acucorrupt @acsmem
2447 @c   (no sequence point between copying c and incrementing next_free)
2448 The function @code{obstack_1grow_fast} adds one byte containing the
2449 character @var{c} to the growing object in obstack @var{obstack-ptr}.
2450 @end deftypefun
2452 @comment obstack.h
2453 @comment GNU
2454 @deftypefun void obstack_ptr_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
2455 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2456 @c obstack_ptr_grow_fast @mtsrace:obstack-ptr
2457 The function @code{obstack_ptr_grow_fast} adds @code{sizeof (void *)}
2458 bytes containing the value of @var{data} to the growing object in
2459 obstack @var{obstack-ptr}.
2460 @end deftypefun
2462 @comment obstack.h
2463 @comment GNU
2464 @deftypefun void obstack_int_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
2465 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2466 @c obstack_int_grow_fast @mtsrace:obstack-ptr
2467 The function @code{obstack_int_grow_fast} adds @code{sizeof (int)} bytes
2468 containing the value of @var{data} to the growing object in obstack
2469 @var{obstack-ptr}.
2470 @end deftypefun
2472 @comment obstack.h
2473 @comment GNU
2474 @deftypefun void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2475 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2476 @c obstack_blank_fast @mtsrace:obstack-ptr
2477 The function @code{obstack_blank_fast} adds @var{size} bytes to the
2478 growing object in obstack @var{obstack-ptr} without initializing them.
2479 @end deftypefun
2481 When you check for space using @code{obstack_room} and there is not
2482 enough room for what you want to add, the fast growth functions
2483 are not safe.  In this case, simply use the corresponding ordinary
2484 growth function instead.  Very soon this will copy the object to a
2485 new chunk; then there will be lots of room available again.
2487 So, each time you use an ordinary growth function, check afterward for
2488 sufficient space using @code{obstack_room}.  Once the object is copied
2489 to a new chunk, there will be plenty of space again, so the program will
2490 start using the fast growth functions again.
2492 Here is an example:
2494 @smallexample
2495 @group
2496 void
2497 add_string (struct obstack *obstack, const char *ptr, int len)
2499   while (len > 0)
2500     @{
2501       int room = obstack_room (obstack);
2502       if (room == 0)
2503         @{
2504           /* @r{Not enough room.  Add one character slowly,}
2505              @r{which may copy to a new chunk and make room.}  */
2506           obstack_1grow (obstack, *ptr++);
2507           len--;
2508         @}
2509       else
2510         @{
2511           if (room > len)
2512             room = len;
2513           /* @r{Add fast as much as we have room for.} */
2514           len -= room;
2515           while (room-- > 0)
2516             obstack_1grow_fast (obstack, *ptr++);
2517         @}
2518     @}
2520 @end group
2521 @end smallexample
2523 @node Status of an Obstack
2524 @subsubsection Status of an Obstack
2525 @cindex obstack status
2526 @cindex status of obstack
2528 Here are functions that provide information on the current status of
2529 allocation in an obstack.  You can use them to learn about an object while
2530 still growing it.
2532 @comment obstack.h
2533 @comment GNU
2534 @deftypefun {void *} obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2535 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acsafe{}}
2536 This function returns the tentative address of the beginning of the
2537 currently growing object in @var{obstack-ptr}.  If you finish the object
2538 immediately, it will have that address.  If you make it larger first, it
2539 may outgrow the current chunk---then its address will change!
2541 If no object is growing, this value says where the next object you
2542 allocate will start (once again assuming it fits in the current
2543 chunk).
2544 @end deftypefun
2546 @comment obstack.h
2547 @comment GNU
2548 @deftypefun {void *} obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2549 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asucorrupt{}}@acsafe{}}
2550 This function returns the address of the first free byte in the current
2551 chunk of obstack @var{obstack-ptr}.  This is the end of the currently
2552 growing object.  If no object is growing, @code{obstack_next_free}
2553 returns the same value as @code{obstack_base}.
2554 @end deftypefun
2556 @comment obstack.h
2557 @comment GNU
2558 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2559 @c dup
2560 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:obstack-ptr}}@assafe{}@acsafe{}}
2561 This function returns the size in bytes of the currently growing object.
2562 This is equivalent to
2564 @smallexample
2565 obstack_next_free (@var{obstack-ptr}) - obstack_base (@var{obstack-ptr})
2566 @end smallexample
2567 @end deftypefun
2569 @node Obstacks Data Alignment
2570 @subsubsection Alignment of Data in Obstacks
2571 @cindex alignment (in obstacks)
2573 Each obstack has an @dfn{alignment boundary}; each object allocated in
2574 the obstack automatically starts on an address that is a multiple of the
2575 specified boundary.  By default, this boundary is aligned so that
2576 the object can hold any type of data.
2578 To access an obstack's alignment boundary, use the macro
2579 @code{obstack_alignment_mask}, whose function prototype looks like
2580 this:
2582 @comment obstack.h
2583 @comment GNU
2584 @deftypefn Macro int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2585 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2586 The value is a bit mask; a bit that is 1 indicates that the corresponding
2587 bit in the address of an object should be 0.  The mask value should be one
2588 less than a power of 2; the effect is that all object addresses are
2589 multiples of that power of 2.  The default value of the mask is a value
2590 that allows aligned objects to hold any type of data: for example, if
2591 its value is 3, any type of data can be stored at locations whose
2592 addresses are multiples of 4.  A mask value of 0 means an object can start
2593 on any multiple of 1 (that is, no alignment is required).
2595 The expansion of the macro @code{obstack_alignment_mask} is an lvalue,
2596 so you can alter the mask by assignment.  For example, this statement:
2598 @smallexample
2599 obstack_alignment_mask (obstack_ptr) = 0;
2600 @end smallexample
2602 @noindent
2603 has the effect of turning off alignment processing in the specified obstack.
2604 @end deftypefn
2606 Note that a change in alignment mask does not take effect until
2607 @emph{after} the next time an object is allocated or finished in the
2608 obstack.  If you are not growing an object, you can make the new
2609 alignment mask take effect immediately by calling @code{obstack_finish}.
2610 This will finish a zero-length object and then do proper alignment for
2611 the next object.
2613 @node Obstack Chunks
2614 @subsubsection Obstack Chunks
2615 @cindex efficiency of chunks
2616 @cindex chunks
2618 Obstacks work by allocating space for themselves in large chunks, and
2619 then parceling out space in the chunks to satisfy your requests.  Chunks
2620 are normally 4096 bytes long unless you specify a different chunk size.
2621 The chunk size includes 8 bytes of overhead that are not actually used
2622 for storing objects.  Regardless of the specified size, longer chunks
2623 will be allocated when necessary for long objects.
2625 The obstack library allocates chunks by calling the function
2626 @code{obstack_chunk_alloc}, which you must define.  When a chunk is no
2627 longer needed because you have freed all the objects in it, the obstack
2628 library frees the chunk by calling @code{obstack_chunk_free}, which you
2629 must also define.
2631 These two must be defined (as macros) or declared (as functions) in each
2632 source file that uses @code{obstack_init} (@pxref{Creating Obstacks}).
2633 Most often they are defined as macros like this:
2635 @smallexample
2636 #define obstack_chunk_alloc malloc
2637 #define obstack_chunk_free free
2638 @end smallexample
2640 Note that these are simple macros (no arguments).  Macro definitions with
2641 arguments will not work!  It is necessary that @code{obstack_chunk_alloc}
2642 or @code{obstack_chunk_free}, alone, expand into a function name if it is
2643 not itself a function name.
2645 If you allocate chunks with @code{malloc}, the chunk size should be a
2646 power of 2.  The default chunk size, 4096, was chosen because it is long
2647 enough to satisfy many typical requests on the obstack yet short enough
2648 not to waste too much memory in the portion of the last chunk not yet used.
2650 @comment obstack.h
2651 @comment GNU
2652 @deftypefn Macro int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2653 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2654 This returns the chunk size of the given obstack.
2655 @end deftypefn
2657 Since this macro expands to an lvalue, you can specify a new chunk size by
2658 assigning it a new value.  Doing so does not affect the chunks already
2659 allocated, but will change the size of chunks allocated for that particular
2660 obstack in the future.  It is unlikely to be useful to make the chunk size
2661 smaller, but making it larger might improve efficiency if you are
2662 allocating many objects whose size is comparable to the chunk size.  Here
2663 is how to do so cleanly:
2665 @smallexample
2666 if (obstack_chunk_size (obstack_ptr) < @var{new-chunk-size})
2667   obstack_chunk_size (obstack_ptr) = @var{new-chunk-size};
2668 @end smallexample
2670 @node Summary of Obstacks
2671 @subsubsection Summary of Obstack Functions
2673 Here is a summary of all the functions associated with obstacks.  Each
2674 takes the address of an obstack (@code{struct obstack *}) as its first
2675 argument.
2677 @table @code
2678 @item void obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2679 Initialize use of an obstack.  @xref{Creating Obstacks}.
2681 @item void *obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2682 Allocate an object of @var{size} uninitialized bytes.
2683 @xref{Allocation in an Obstack}.
2685 @item void *obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2686 Allocate an object of @var{size} bytes, with contents copied from
2687 @var{address}.  @xref{Allocation in an Obstack}.
2689 @item void *obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2690 Allocate an object of @var{size}+1 bytes, with @var{size} of them copied
2691 from @var{address}, followed by a null character at the end.
2692 @xref{Allocation in an Obstack}.
2694 @item void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
2695 Free @var{object} (and everything allocated in the specified obstack
2696 more recently than @var{object}).  @xref{Freeing Obstack Objects}.
2698 @item void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2699 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object.
2700 @xref{Growing Objects}.
2702 @item void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2703 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object.
2704 @xref{Growing Objects}.
2706 @item void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2707 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object,
2708 and then add another byte containing a null character.  @xref{Growing
2709 Objects}.
2711 @item void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2712 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object.
2713 @xref{Growing Objects}.
2715 @item void *obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2716 Finalize the object that is growing and return its permanent address.
2717 @xref{Growing Objects}.
2719 @item int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2720 Get the current size of the currently growing object.  @xref{Growing
2721 Objects}.
2723 @item void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2724 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object without checking
2725 that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2727 @item void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2728 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object without
2729 checking that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2731 @item int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2732 Get the amount of room now available for growing the current object.
2733 @xref{Extra Fast Growing}.
2735 @item int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2736 The mask used for aligning the beginning of an object.  This is an
2737 lvalue.  @xref{Obstacks Data Alignment}.
2739 @item int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2740 The size for allocating chunks.  This is an lvalue.  @xref{Obstack Chunks}.
2742 @item void *obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2743 Tentative starting address of the currently growing object.
2744 @xref{Status of an Obstack}.
2746 @item void *obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2747 Address just after the end of the currently growing object.
2748 @xref{Status of an Obstack}.
2749 @end table
2751 @node Variable Size Automatic
2752 @subsection Automatic Storage with Variable Size
2753 @cindex automatic freeing
2754 @cindex @code{alloca} function
2755 @cindex automatic storage with variable size
2757 The function @code{alloca} supports a kind of half-dynamic allocation in
2758 which blocks are allocated dynamically but freed automatically.
2760 Allocating a block with @code{alloca} is an explicit action; you can
2761 allocate as many blocks as you wish, and compute the size at run time.  But
2762 all the blocks are freed when you exit the function that @code{alloca} was
2763 called from, just as if they were automatic variables declared in that
2764 function.  There is no way to free the space explicitly.
2766 The prototype for @code{alloca} is in @file{stdlib.h}.  This function is
2767 a BSD extension.
2768 @pindex stdlib.h
2770 @comment stdlib.h
2771 @comment GNU, BSD
2772 @deftypefun {void *} alloca (size_t @var{size})
2773 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2774 The return value of @code{alloca} is the address of a block of @var{size}
2775 bytes of memory, allocated in the stack frame of the calling function.
2776 @end deftypefun
2778 Do not use @code{alloca} inside the arguments of a function call---you
2779 will get unpredictable results, because the stack space for the
2780 @code{alloca} would appear on the stack in the middle of the space for
2781 the function arguments.  An example of what to avoid is @code{foo (x,
2782 alloca (4), y)}.
2783 @c This might get fixed in future versions of GCC, but that won't make
2784 @c it safe with compilers generally.
2786 @menu
2787 * Alloca Example::              Example of using @code{alloca}.
2788 * Advantages of Alloca::        Reasons to use @code{alloca}.
2789 * Disadvantages of Alloca::     Reasons to avoid @code{alloca}.
2790 * GNU C Variable-Size Arrays::  Only in GNU C, here is an alternative
2791                                  method of allocating dynamically and
2792                                  freeing automatically.
2793 @end menu
2795 @node Alloca Example
2796 @subsubsection @code{alloca} Example
2798 As an example of the use of @code{alloca}, here is a function that opens
2799 a file name made from concatenating two argument strings, and returns a
2800 file descriptor or minus one signifying failure:
2802 @smallexample
2804 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2806   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2807   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2808   return open (name, flags, mode);
2810 @end smallexample
2812 @noindent
2813 Here is how you would get the same results with @code{malloc} and
2814 @code{free}:
2816 @smallexample
2818 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2820   char *name = (char *) malloc (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2821   int desc;
2822   if (name == 0)
2823     fatal ("virtual memory exceeded");
2824   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2825   desc = open (name, flags, mode);
2826   free (name);
2827   return desc;
2829 @end smallexample
2831 As you can see, it is simpler with @code{alloca}.  But @code{alloca} has
2832 other, more important advantages, and some disadvantages.
2834 @node Advantages of Alloca
2835 @subsubsection Advantages of @code{alloca}
2837 Here are the reasons why @code{alloca} may be preferable to @code{malloc}:
2839 @itemize @bullet
2840 @item
2841 Using @code{alloca} wastes very little space and is very fast.  (It is
2842 open-coded by the GNU C compiler.)
2844 @item
2845 Since @code{alloca} does not have separate pools for different sizes of
2846 blocks, space used for any size block can be reused for any other size.
2847 @code{alloca} does not cause memory fragmentation.
2849 @item
2850 @cindex longjmp
2851 Nonlocal exits done with @code{longjmp} (@pxref{Non-Local Exits})
2852 automatically free the space allocated with @code{alloca} when they exit
2853 through the function that called @code{alloca}.  This is the most
2854 important reason to use @code{alloca}.
2856 To illustrate this, suppose you have a function
2857 @code{open_or_report_error} which returns a descriptor, like
2858 @code{open}, if it succeeds, but does not return to its caller if it
2859 fails.  If the file cannot be opened, it prints an error message and
2860 jumps out to the command level of your program using @code{longjmp}.
2861 Let's change @code{open2} (@pxref{Alloca Example}) to use this
2862 subroutine:@refill
2864 @smallexample
2866 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2868   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2869   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2870   return open_or_report_error (name, flags, mode);
2872 @end smallexample
2874 @noindent
2875 Because of the way @code{alloca} works, the memory it allocates is
2876 freed even when an error occurs, with no special effort required.
2878 By contrast, the previous definition of @code{open2} (which uses
2879 @code{malloc} and @code{free}) would develop a memory leak if it were
2880 changed in this way.  Even if you are willing to make more changes to
2881 fix it, there is no easy way to do so.
2882 @end itemize
2884 @node Disadvantages of Alloca
2885 @subsubsection Disadvantages of @code{alloca}
2887 @cindex @code{alloca} disadvantages
2888 @cindex disadvantages of @code{alloca}
2889 These are the disadvantages of @code{alloca} in comparison with
2890 @code{malloc}:
2892 @itemize @bullet
2893 @item
2894 If you try to allocate more memory than the machine can provide, you
2895 don't get a clean error message.  Instead you get a fatal signal like
2896 the one you would get from an infinite recursion; probably a
2897 segmentation violation (@pxref{Program Error Signals}).
2899 @item
2900 Some @nongnusystems{} fail to support @code{alloca}, so it is less
2901 portable.  However, a slower emulation of @code{alloca} written in C
2902 is available for use on systems with this deficiency.
2903 @end itemize
2905 @node GNU C Variable-Size Arrays
2906 @subsubsection GNU C Variable-Size Arrays
2907 @cindex variable-sized arrays
2909 In GNU C, you can replace most uses of @code{alloca} with an array of
2910 variable size.  Here is how @code{open2} would look then:
2912 @smallexample
2913 int open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2915   char name[strlen (str1) + strlen (str2) + 1];
2916   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2917   return open (name, flags, mode);
2919 @end smallexample
2921 But @code{alloca} is not always equivalent to a variable-sized array, for
2922 several reasons:
2924 @itemize @bullet
2925 @item
2926 A variable size array's space is freed at the end of the scope of the
2927 name of the array.  The space allocated with @code{alloca}
2928 remains until the end of the function.
2930 @item
2931 It is possible to use @code{alloca} within a loop, allocating an
2932 additional block on each iteration.  This is impossible with
2933 variable-sized arrays.
2934 @end itemize
2936 @strong{NB:} If you mix use of @code{alloca} and variable-sized arrays
2937 within one function, exiting a scope in which a variable-sized array was
2938 declared frees all blocks allocated with @code{alloca} during the
2939 execution of that scope.
2942 @node Resizing the Data Segment
2943 @section Resizing the Data Segment
2945 The symbols in this section are declared in @file{unistd.h}.
2947 You will not normally use the functions in this section, because the
2948 functions described in @ref{Memory Allocation} are easier to use.  Those
2949 are interfaces to a @glibcadj{} memory allocator that uses the
2950 functions below itself.  The functions below are simple interfaces to
2951 system calls.
2953 @comment unistd.h
2954 @comment BSD
2955 @deftypefun int brk (void *@var{addr})
2956 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2958 @code{brk} sets the high end of the calling process' data segment to
2959 @var{addr}.
2961 The address of the end of a segment is defined to be the address of the
2962 last byte in the segment plus 1.
2964 The function has no effect if @var{addr} is lower than the low end of
2965 the data segment.  (This is considered success, by the way.)
2967 The function fails if it would cause the data segment to overlap another
2968 segment or exceed the process' data storage limit (@pxref{Limits on
2969 Resources}).
2971 The function is named for a common historical case where data storage
2972 and the stack are in the same segment.  Data storage allocation grows
2973 upward from the bottom of the segment while the stack grows downward
2974 toward it from the top of the segment and the curtain between them is
2975 called the @dfn{break}.
2977 The return value is zero on success.  On failure, the return value is
2978 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The following @code{errno}
2979 values are specific to this function:
2981 @table @code
2982 @item ENOMEM
2983 The request would cause the data segment to overlap another segment or
2984 exceed the process' data storage limit.
2985 @end table
2987 @c The Brk system call in Linux (as opposed to the GNU C Library function)
2988 @c is considerably different.  It always returns the new end of the data
2989 @c segment, whether it succeeds or fails.  The GNU C library Brk determines
2990 @c it's a failure if and only if the system call returns an address less
2991 @c than the address requested.
2993 @end deftypefun
2996 @comment unistd.h
2997 @comment BSD
2998 @deftypefun void *sbrk (ptrdiff_t @var{delta})
2999 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3001 This function is the same as @code{brk} except that you specify the new
3002 end of the data segment as an offset @var{delta} from the current end
3003 and on success the return value is the address of the resulting end of
3004 the data segment instead of zero.
3006 This means you can use @samp{sbrk(0)} to find out what the current end
3007 of the data segment is.
3009 @end deftypefun
3013 @node Locking Pages
3014 @section Locking Pages
3015 @cindex locking pages
3016 @cindex memory lock
3017 @cindex paging
3019 You can tell the system to associate a particular virtual memory page
3020 with a real page frame and keep it that way --- i.e., cause the page to
3021 be paged in if it isn't already and mark it so it will never be paged
3022 out and consequently will never cause a page fault.  This is called
3023 @dfn{locking} a page.
3025 The functions in this chapter lock and unlock the calling process'
3026 pages.
3028 @menu
3029 * Why Lock Pages::                Reasons to read this section.
3030 * Locked Memory Details::         Everything you need to know locked
3031                                     memory
3032 * Page Lock Functions::           Here's how to do it.
3033 @end menu
3035 @node Why Lock Pages
3036 @subsection Why Lock Pages
3038 Because page faults cause paged out pages to be paged in transparently,
3039 a process rarely needs to be concerned about locking pages.  However,
3040 there are two reasons people sometimes are:
3042 @itemize @bullet
3044 @item
3045 Speed.  A page fault is transparent only insofar as the process is not
3046 sensitive to how long it takes to do a simple memory access.  Time-critical
3047 processes, especially realtime processes, may not be able to wait or
3048 may not be able to tolerate variance in execution speed.
3049 @cindex realtime processing
3050 @cindex speed of execution
3052 A process that needs to lock pages for this reason probably also needs
3053 priority among other processes for use of the CPU.  @xref{Priority}.
3055 In some cases, the programmer knows better than the system's demand
3056 paging allocator which pages should remain in real memory to optimize
3057 system performance.  In this case, locking pages can help.
3059 @item
3060 Privacy.  If you keep secrets in virtual memory and that virtual memory
3061 gets paged out, that increases the chance that the secrets will get out.
3062 If a password gets written out to disk swap space, for example, it might
3063 still be there long after virtual and real memory have been wiped clean.
3065 @end itemize
3067 Be aware that when you lock a page, that's one fewer page frame that can
3068 be used to back other virtual memory (by the same or other processes),
3069 which can mean more page faults, which means the system runs more
3070 slowly.  In fact, if you lock enough memory, some programs may not be
3071 able to run at all for lack of real memory.
3073 @node Locked Memory Details
3074 @subsection Locked Memory Details
3076 A memory lock is associated with a virtual page, not a real frame.  The
3077 paging rule is: If a frame backs at least one locked page, don't page it
3078 out.
3080 Memory locks do not stack.  I.e., you can't lock a particular page twice
3081 so that it has to be unlocked twice before it is truly unlocked.  It is
3082 either locked or it isn't.
3084 A memory lock persists until the process that owns the memory explicitly
3085 unlocks it.  (But process termination and exec cause the virtual memory
3086 to cease to exist, which you might say means it isn't locked any more).
3088 Memory locks are not inherited by child processes.  (But note that on a
3089 modern Unix system, immediately after a fork, the parent's and the
3090 child's virtual address space are backed by the same real page frames,
3091 so the child enjoys the parent's locks).  @xref{Creating a Process}.
3093 Because of its ability to impact other processes, only the superuser can
3094 lock a page.  Any process can unlock its own page.
3096 The system sets limits on the amount of memory a process can have locked
3097 and the amount of real memory it can have dedicated to it.  @xref{Limits
3098 on Resources}.
3100 In Linux, locked pages aren't as locked as you might think.
3101 Two virtual pages that are not shared memory can nonetheless be backed
3102 by the same real frame.  The kernel does this in the name of efficiency
3103 when it knows both virtual pages contain identical data, and does it
3104 even if one or both of the virtual pages are locked.
3106 But when a process modifies one of those pages, the kernel must get it a
3107 separate frame and fill it with the page's data.  This is known as a
3108 @dfn{copy-on-write page fault}.  It takes a small amount of time and in
3109 a pathological case, getting that frame may require I/O.
3110 @cindex copy-on-write page fault
3111 @cindex page fault, copy-on-write
3113 To make sure this doesn't happen to your program, don't just lock the
3114 pages.  Write to them as well, unless you know you won't write to them
3115 ever.  And to make sure you have pre-allocated frames for your stack,
3116 enter a scope that declares a C automatic variable larger than the
3117 maximum stack size you will need, set it to something, then return from
3118 its scope.
3120 @node Page Lock Functions
3121 @subsection Functions To Lock And Unlock Pages
3123 The symbols in this section are declared in @file{sys/mman.h}.  These
3124 functions are defined by POSIX.1b, but their availability depends on
3125 your kernel.  If your kernel doesn't allow these functions, they exist
3126 but always fail.  They @emph{are} available with a Linux kernel.
3128 @strong{Portability Note:} POSIX.1b requires that when the @code{mlock}
3129 and @code{munlock} functions are available, the file @file{unistd.h}
3130 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK_RANGE} and the file
3131 @code{limits.h} define the macro @code{PAGESIZE} to be the size of a
3132 memory page in bytes.  It requires that when the @code{mlockall} and
3133 @code{munlockall} functions are available, the @file{unistd.h} file
3134 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK}.  @Theglibc{} conforms to
3135 this requirement.
3137 @comment sys/mman.h
3138 @comment POSIX.1b
3139 @deftypefun int mlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
3140 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3142 @code{mlock} locks a range of the calling process' virtual pages.
3144 The range of memory starts at address @var{addr} and is @var{len} bytes
3145 long.  Actually, since you must lock whole pages, it is the range of
3146 pages that include any part of the specified range.
3148 When the function returns successfully, each of those pages is backed by
3149 (connected to) a real frame (is resident) and is marked to stay that
3150 way.  This means the function may cause page-ins and have to wait for
3151 them.
3153 When the function fails, it does not affect the lock status of any
3154 pages.
3156 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
3157 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
3158 specific to this function are:
3160 @table @code
3161 @item ENOMEM
3162 @itemize @bullet
3163 @item
3164 At least some of the specified address range does not exist in the
3165 calling process' virtual address space.
3166 @item
3167 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
3168 @end itemize
3170 @item EPERM
3171 The calling process is not superuser.
3173 @item EINVAL
3174 @var{len} is not positive.
3176 @item ENOSYS
3177 The kernel does not provide @code{mlock} capability.
3179 @end table
3181 You can lock @emph{all} a process' memory with @code{mlockall}.  You
3182 unlock memory with @code{munlock} or @code{munlockall}.
3184 To avoid all page faults in a C program, you have to use
3185 @code{mlockall}, because some of the memory a program uses is hidden
3186 from the C code, e.g. the stack and automatic variables, and you
3187 wouldn't know what address to tell @code{mlock}.
3189 @end deftypefun
3191 @comment sys/mman.h
3192 @comment POSIX.1b
3193 @deftypefun int munlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
3194 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3196 @code{munlock} unlocks a range of the calling process' virtual pages.
3198 @code{munlock} is the inverse of @code{mlock} and functions completely
3199 analogously to @code{mlock}, except that there is no @code{EPERM}
3200 failure.
3202 @end deftypefun
3204 @comment sys/mman.h
3205 @comment POSIX.1b
3206 @deftypefun int mlockall (int @var{flags})
3207 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3209 @code{mlockall} locks all the pages in a process' virtual memory address
3210 space, and/or any that are added to it in the future.  This includes the
3211 pages of the code, data and stack segment, as well as shared libraries,
3212 user space kernel data, shared memory, and memory mapped files.
3214 @var{flags} is a string of single bit flags represented by the following
3215 macros.  They tell @code{mlockall} which of its functions you want.  All
3216 other bits must be zero.
3218 @table @code
3220 @item MCL_CURRENT
3221 Lock all pages which currently exist in the calling process' virtual
3222 address space.
3224 @item MCL_FUTURE
3225 Set a mode such that any pages added to the process' virtual address
3226 space in the future will be locked from birth.  This mode does not
3227 affect future address spaces owned by the same process so exec, which
3228 replaces a process' address space, wipes out @code{MCL_FUTURE}.
3229 @xref{Executing a File}.
3231 @end table
3233 When the function returns successfully, and you specified
3234 @code{MCL_CURRENT}, all of the process' pages are backed by (connected
3235 to) real frames (they are resident) and are marked to stay that way.
3236 This means the function may cause page-ins and have to wait for them.
3238 When the process is in @code{MCL_FUTURE} mode because it successfully
3239 executed this function and specified @code{MCL_CURRENT}, any system call
3240 by the process that requires space be added to its virtual address space
3241 fails with @code{errno} = @code{ENOMEM} if locking the additional space
3242 would cause the process to exceed its locked page limit.  In the case
3243 that the address space addition that can't be accommodated is stack
3244 expansion, the stack expansion fails and the kernel sends a
3245 @code{SIGSEGV} signal to the process.
3247 When the function fails, it does not affect the lock status of any pages
3248 or the future locking mode.
3250 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
3251 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
3252 specific to this function are:
3254 @table @code
3255 @item ENOMEM
3256 @itemize @bullet
3257 @item
3258 At least some of the specified address range does not exist in the
3259 calling process' virtual address space.
3260 @item
3261 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
3262 @end itemize
3264 @item EPERM
3265 The calling process is not superuser.
3267 @item EINVAL
3268 Undefined bits in @var{flags} are not zero.
3270 @item ENOSYS
3271 The kernel does not provide @code{mlockall} capability.
3273 @end table
3275 You can lock just specific pages with @code{mlock}.  You unlock pages
3276 with @code{munlockall} and @code{munlock}.
3278 @end deftypefun
3281 @comment sys/mman.h
3282 @comment POSIX.1b
3283 @deftypefun int munlockall (void)
3284 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3286 @code{munlockall} unlocks every page in the calling process' virtual
3287 address space and turns off @code{MCL_FUTURE} future locking mode.
3289 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
3290 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The only way this
3291 function can fail is for generic reasons that all functions and system
3292 calls can fail, so there are no specific @code{errno} values.
3294 @end deftypefun
3299 @ignore
3300 @c This was never actually implemented.  -zw
3301 @node Relocating Allocator
3302 @section Relocating Allocator
3304 @cindex relocating memory allocator
3305 Any system of dynamic memory allocation has overhead: the amount of
3306 space it uses is more than the amount the program asks for.  The
3307 @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by moving
3308 blocks in memory as necessary, on its own initiative.
3310 @c @menu
3311 @c * Relocator Concepts::               How to understand relocating allocation.
3312 @c * Using Relocator::          Functions for relocating allocation.
3313 @c @end menu
3315 @node Relocator Concepts
3316 @subsection Concepts of Relocating Allocation
3318 @ifinfo
3319 The @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by
3320 moving blocks in memory as necessary, on its own initiative.
3321 @end ifinfo
3323 When you allocate a block with @code{malloc}, the address of the block
3324 never changes unless you use @code{realloc} to change its size.  Thus,
3325 you can safely store the address in various places, temporarily or
3326 permanently, as you like.  This is not safe when you use the relocating
3327 memory allocator, because any and all relocatable blocks can move
3328 whenever you allocate memory in any fashion.  Even calling @code{malloc}
3329 or @code{realloc} can move the relocatable blocks.
3331 @cindex handle
3332 For each relocatable block, you must make a @dfn{handle}---a pointer
3333 object in memory, designated to store the address of that block.  The
3334 relocating allocator knows where each block's handle is, and updates the
3335 address stored there whenever it moves the block, so that the handle
3336 always points to the block.  Each time you access the contents of the
3337 block, you should fetch its address anew from the handle.
3339 To call any of the relocating allocator functions from a signal handler
3340 is almost certainly incorrect, because the signal could happen at any
3341 time and relocate all the blocks.  The only way to make this safe is to
3342 block the signal around any access to the contents of any relocatable
3343 block---not a convenient mode of operation.  @xref{Nonreentrancy}.
3345 @node Using Relocator
3346 @subsection Allocating and Freeing Relocatable Blocks
3348 @pindex malloc.h
3349 In the descriptions below, @var{handleptr} designates the address of the
3350 handle.  All the functions are declared in @file{malloc.h}; all are GNU
3351 extensions.
3353 @comment malloc.h
3354 @comment GNU
3355 @c @deftypefun {void *} r_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
3356 This function allocates a relocatable block of size @var{size}.  It
3357 stores the block's address in @code{*@var{handleptr}} and returns
3358 a non-null pointer to indicate success.
3360 If @code{r_alloc} can't get the space needed, it stores a null pointer
3361 in @code{*@var{handleptr}}, and returns a null pointer.
3362 @end deftypefun
3364 @comment malloc.h
3365 @comment GNU
3366 @c @deftypefun void r_alloc_free (void **@var{handleptr})
3367 This function is the way to free a relocatable block.  It frees the
3368 block that @code{*@var{handleptr}} points to, and stores a null pointer
3369 in @code{*@var{handleptr}} to show it doesn't point to an allocated
3370 block any more.
3371 @end deftypefun
3373 @comment malloc.h
3374 @comment GNU
3375 @c @deftypefun {void *} r_re_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
3376 The function @code{r_re_alloc} adjusts the size of the block that
3377 @code{*@var{handleptr}} points to, making it @var{size} bytes long.  It
3378 stores the address of the resized block in @code{*@var{handleptr}} and
3379 returns a non-null pointer to indicate success.
3381 If enough memory is not available, this function returns a null pointer
3382 and does not modify @code{*@var{handleptr}}.
3383 @end deftypefun
3384 @end ignore
3389 @ignore
3390 @comment No longer available...
3392 @comment @node Memory Warnings
3393 @comment @section Memory Usage Warnings
3394 @comment @cindex memory usage warnings
3395 @comment @cindex warnings of memory almost full
3397 @pindex malloc.c
3398 You can ask for warnings as the program approaches running out of memory
3399 space, by calling @code{memory_warnings}.  This tells @code{malloc} to
3400 check memory usage every time it asks for more memory from the operating
3401 system.  This is a GNU extension declared in @file{malloc.h}.
3403 @comment malloc.h
3404 @comment GNU
3405 @comment @deftypefun void memory_warnings (void *@var{start}, void (*@var{warn-func}) (const char *))
3406 Call this function to request warnings for nearing exhaustion of virtual
3407 memory.
3409 The argument @var{start} says where data space begins, in memory.  The
3410 allocator compares this against the last address used and against the
3411 limit of data space, to determine the fraction of available memory in
3412 use.  If you supply zero for @var{start}, then a default value is used
3413 which is right in most circumstances.
3415 For @var{warn-func}, supply a function that @code{malloc} can call to
3416 warn you.  It is called with a string (a warning message) as argument.
3417 Normally it ought to display the string for the user to read.
3418 @end deftypefun
3420 The warnings come when memory becomes 75% full, when it becomes 85%
3421 full, and when it becomes 95% full.  Above 95% you get another warning
3422 each time memory usage increases.
3424 @end ignore