Update.
[glibc.git] / manual / memory.texi
blob3a505e6ff561b7134ede998254922e3a2cfc45a0
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 the GNU C library.
10 The GNU C Library 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 * Locking Pages::               Preventing page faults
20 * Resizing the Data Segment::   @code{brk}, @code{sbrk}
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 GNU C library 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 the GNU C library, 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 the GNU C library and GNU Compiler.
163 @menu
164 * Memory Allocation and C::     How to get different kinds of allocation in C.
165 * Unconstrained Allocation::    The @code{malloc} facility allows fully general
166                                  dynamic allocation.
167 * Allocation Debugging::        Finding memory leaks and not freed memory.
168 * Obstacks::                    Obstacks are less general than malloc
169                                  but more efficient and convenient.
170 * Variable Size Automatic::     Allocation of variable-sized blocks
171                                  of automatic storage that are freed when the
172                                  calling function returns.
173 @end menu
176 @node Memory Allocation and C
177 @subsection Memory Allocation in C Programs
179 The C language supports two kinds of memory allocation through the
180 variables in C programs:
182 @itemize @bullet
183 @item
184 @dfn{Static allocation} is what happens when you declare a static or
185 global variable.  Each static or global variable defines one block of
186 space, of a fixed size.  The space is allocated once, when your program
187 is started (part of the exec operation), and is never freed.
188 @cindex static memory allocation
189 @cindex static storage class
191 @item
192 @dfn{Automatic allocation} happens when you declare an automatic
193 variable, such as a function argument or a local variable.  The space
194 for an automatic variable is allocated when the compound statement
195 containing the declaration is entered, and is freed when that
196 compound statement is exited.
197 @cindex automatic memory allocation
198 @cindex automatic storage class
200 In GNU C, the size of the automatic storage can be an expression
201 that varies.  In other C implementations, it must be a constant.
202 @end itemize
204 A third important kind of memory allocation, @dfn{dynamic allocation},
205 is not supported by C variables but is available via GNU C library
206 functions.
207 @cindex dynamic memory allocation
209 @subsubsection Dynamic Memory Allocation
210 @cindex dynamic memory allocation
212 @dfn{Dynamic memory allocation} is a technique in which programs
213 determine as they are running where to store some information.  You need
214 dynamic allocation when the amount of memory you need, or how long you
215 continue to need it, depends on factors that are not known before the
216 program runs.
218 For example, you may need a block to store a line read from an input
219 file; since there is no limit to how long a line can be, you must
220 allocate the memory dynamically and make it dynamically larger as you
221 read more of the line.
223 Or, you may need a block for each record or each definition in the input
224 data; since you can't know in advance how many there will be, you must
225 allocate a new block for each record or definition as you read it.
227 When you use dynamic allocation, the allocation of a block of memory is
228 an action that the program requests explicitly.  You call a function or
229 macro when you want to allocate space, and specify the size with an
230 argument.  If you want to free the space, you do so by calling another
231 function or macro.  You can do these things whenever you want, as often
232 as you want.
234 Dynamic allocation is not supported by C variables; there is no storage
235 class ``dynamic'', and there can never be a C variable whose value is
236 stored in dynamically allocated space.  The only way to get dynamically
237 allocated memory is via a system call (which is generally via a GNU C
238 library function call), and the only way to refer to dynamically
239 allocated space is through a pointer.  Because it is less convenient,
240 and because the actual process of dynamic allocation requires more
241 computation time, programmers generally use dynamic allocation only when
242 neither static nor automatic allocation will serve.
244 For example, if you want to allocate dynamically some space to hold a
245 @code{struct foobar}, you cannot declare a variable of type @code{struct
246 foobar} whose contents are the dynamically allocated space.  But you can
247 declare a variable of pointer type @code{struct foobar *} and assign it the
248 address of the space.  Then you can use the operators @samp{*} and
249 @samp{->} on this pointer variable to refer to the contents of the space:
251 @smallexample
253   struct foobar *ptr
254      = (struct foobar *) malloc (sizeof (struct foobar));
255   ptr->name = x;
256   ptr->next = current_foobar;
257   current_foobar = ptr;
259 @end smallexample
261 @node Unconstrained Allocation
262 @subsection Unconstrained Allocation
263 @cindex unconstrained memory allocation
264 @cindex @code{malloc} function
265 @cindex heap, dynamic allocation from
267 The most general dynamic allocation facility is @code{malloc}.  It
268 allows you to allocate blocks of memory of any size at any time, make
269 them bigger or smaller at any time, and free the blocks individually at
270 any time (or never).
272 @menu
273 * Basic Allocation::            Simple use of @code{malloc}.
274 * Malloc Examples::             Examples of @code{malloc}.  @code{xmalloc}.
275 * Freeing after Malloc::        Use @code{free} to free a block you
276                                  got with @code{malloc}.
277 * Changing Block Size::         Use @code{realloc} to make a block
278                                  bigger or smaller.
279 * Allocating Cleared Space::    Use @code{calloc} to allocate a
280                                  block and clear it.
281 * Efficiency and Malloc::       Efficiency considerations in use of
282                                  these functions.
283 * Aligned Memory Blocks::       Allocating specially aligned memory.
284 * Malloc Tunable Parameters::   Use @code{mallopt} to adjust allocation
285                                  parameters.
286 * Heap Consistency Checking::   Automatic checking for errors.
287 * Hooks for Malloc::            You can use these hooks for debugging
288                                  programs that use @code{malloc}.
289 * Statistics of Malloc::        Getting information about how much
290                                  memory your program is using.
291 * Summary of Malloc::           Summary of @code{malloc} and related functions.
292 @end menu
294 @node Basic Allocation
295 @subsubsection Basic Memory Allocation
296 @cindex allocation of memory with @code{malloc}
298 To allocate a block of memory, call @code{malloc}.  The prototype for
299 this function is in @file{stdlib.h}.
300 @pindex stdlib.h
302 @comment malloc.h stdlib.h
303 @comment ISO
304 @deftypefun {void *} malloc (size_t @var{size})
305 This function returns a pointer to a newly allocated block @var{size}
306 bytes long, or a null pointer if the block could not be allocated.
307 @end deftypefun
309 The contents of the block are undefined; you must initialize it yourself
310 (or use @code{calloc} instead; @pxref{Allocating Cleared Space}).
311 Normally you would cast the value as a pointer to the kind of object
312 that you want to store in the block.  Here we show an example of doing
313 so, and of initializing the space with zeros using the library function
314 @code{memset} (@pxref{Copying and Concatenation}):
316 @smallexample
317 struct foo *ptr;
318 @dots{}
319 ptr = (struct foo *) malloc (sizeof (struct foo));
320 if (ptr == 0) abort ();
321 memset (ptr, 0, sizeof (struct foo));
322 @end smallexample
324 You can store the result of @code{malloc} into any pointer variable
325 without a cast, because @w{ISO C} automatically converts the type
326 @code{void *} to another type of pointer when necessary.  But the cast
327 is necessary in contexts other than assignment operators or if you might
328 want your code to run in traditional C.
330 Remember that when allocating space for a string, the argument to
331 @code{malloc} must be one plus the length of the string.  This is
332 because a string is terminated with a null character that doesn't count
333 in the ``length'' of the string but does need space.  For example:
335 @smallexample
336 char *ptr;
337 @dots{}
338 ptr = (char *) malloc (length + 1);
339 @end smallexample
341 @noindent
342 @xref{Representation of Strings}, for more information about this.
344 @node Malloc Examples
345 @subsubsection Examples of @code{malloc}
347 If no more space is available, @code{malloc} returns a null pointer.
348 You should check the value of @emph{every} call to @code{malloc}.  It is
349 useful to write a subroutine that calls @code{malloc} and reports an
350 error if the value is a null pointer, returning only if the value is
351 nonzero.  This function is conventionally called @code{xmalloc}.  Here
352 it is:
354 @smallexample
355 void *
356 xmalloc (size_t size)
358   register void *value = malloc (size);
359   if (value == 0)
360     fatal ("virtual memory exhausted");
361   return value;
363 @end smallexample
365 Here is a real example of using @code{malloc} (by way of @code{xmalloc}).
366 The function @code{savestring} will copy a sequence of characters into
367 a newly allocated null-terminated string:
369 @smallexample
370 @group
371 char *
372 savestring (const char *ptr, size_t len)
374   register char *value = (char *) xmalloc (len + 1);
375   value[len] = '\0';
376   return (char *) memcpy (value, ptr, len);
378 @end group
379 @end smallexample
381 The block that @code{malloc} gives you is guaranteed to be aligned so
382 that it can hold any type of data.  In the GNU system, the address is
383 always a multiple of eight on most systems, and a multiple of 16 on
384 64-bit systems.  Only rarely is any higher boundary (such as a page
385 boundary) necessary; for those cases, use @code{memalign},
386 @code{posix_memalign} or @code{valloc} (@pxref{Aligned Memory Blocks}).
388 Note that the memory located after the end of the block is likely to be
389 in use for something else; perhaps a block already allocated by another
390 call to @code{malloc}.  If you attempt to treat the block as longer than
391 you asked for it to be, you are liable to destroy the data that
392 @code{malloc} uses to keep track of its blocks, or you may destroy the
393 contents of another block.  If you have already allocated a block and
394 discover you want it to be bigger, use @code{realloc} (@pxref{Changing
395 Block Size}).
397 @node Freeing after Malloc
398 @subsubsection Freeing Memory Allocated with @code{malloc}
399 @cindex freeing memory allocated with @code{malloc}
400 @cindex heap, freeing memory from
402 When you no longer need a block that you got with @code{malloc}, use the
403 function @code{free} to make the block available to be allocated again.
404 The prototype for this function is in @file{stdlib.h}.
405 @pindex stdlib.h
407 @comment malloc.h stdlib.h
408 @comment ISO
409 @deftypefun void free (void *@var{ptr})
410 The @code{free} function deallocates the block of memory pointed at
411 by @var{ptr}.
412 @end deftypefun
414 @comment stdlib.h
415 @comment Sun
416 @deftypefun void cfree (void *@var{ptr})
417 This function does the same thing as @code{free}.  It's provided for
418 backward compatibility with SunOS; you should use @code{free} instead.
419 @end deftypefun
421 Freeing a block alters the contents of the block.  @strong{Do not expect to
422 find any data (such as a pointer to the next block in a chain of blocks) in
423 the block after freeing it.}  Copy whatever you need out of the block before
424 freeing it!  Here is an example of the proper way to free all the blocks in
425 a chain, and the strings that they point to:
427 @smallexample
428 struct chain
429   @{
430     struct chain *next;
431     char *name;
432   @}
434 void
435 free_chain (struct chain *chain)
437   while (chain != 0)
438     @{
439       struct chain *next = chain->next;
440       free (chain->name);
441       free (chain);
442       chain = next;
443     @}
445 @end smallexample
447 Occasionally, @code{free} can actually return memory to the operating
448 system and make the process smaller.  Usually, all it can do is allow a
449 later call to @code{malloc} to reuse the space.  In the meantime, the
450 space remains in your program as part of a free-list used internally by
451 @code{malloc}.
453 There is no point in freeing blocks at the end of a program, because all
454 of the program's space is given back to the system when the process
455 terminates.
457 @node Changing Block Size
458 @subsubsection Changing the Size of a Block
459 @cindex changing the size of a block (@code{malloc})
461 Often you do not know for certain how big a block you will ultimately need
462 at the time you must begin to use the block.  For example, the block might
463 be a buffer that you use to hold a line being read from a file; no matter
464 how long you make the buffer initially, you may encounter a line that is
465 longer.
467 You can make the block longer by calling @code{realloc}.  This function
468 is declared in @file{stdlib.h}.
469 @pindex stdlib.h
471 @comment malloc.h stdlib.h
472 @comment ISO
473 @deftypefun {void *} realloc (void *@var{ptr}, size_t @var{newsize})
474 The @code{realloc} function changes the size of the block whose address is
475 @var{ptr} to be @var{newsize}.
477 Since the space after the end of the block may be in use, @code{realloc}
478 may find it necessary to copy the block to a new address where more free
479 space is available.  The value of @code{realloc} is the new address of the
480 block.  If the block needs to be moved, @code{realloc} copies the old
481 contents.
483 If you pass a null pointer for @var{ptr}, @code{realloc} behaves just
484 like @samp{malloc (@var{newsize})}.  This can be convenient, but beware
485 that older implementations (before @w{ISO C}) may not support this
486 behavior, and will probably crash when @code{realloc} is passed a null
487 pointer.
488 @end deftypefun
490 Like @code{malloc}, @code{realloc} may return a null pointer if no
491 memory space is available to make the block bigger.  When this happens,
492 the original block is untouched; it has not been modified or relocated.
494 In most cases it makes no difference what happens to the original block
495 when @code{realloc} fails, because the application program cannot continue
496 when it is out of memory, and the only thing to do is to give a fatal error
497 message.  Often it is convenient to write and use a subroutine,
498 conventionally called @code{xrealloc}, that takes care of the error message
499 as @code{xmalloc} does for @code{malloc}:
501 @smallexample
502 void *
503 xrealloc (void *ptr, size_t size)
505   register void *value = realloc (ptr, size);
506   if (value == 0)
507     fatal ("Virtual memory exhausted");
508   return value;
510 @end smallexample
512 You can also use @code{realloc} to make a block smaller.  The reason you
513 would do this is to avoid tying up a lot of memory space when only a little
514 is needed.
515 @comment The following is no longer true with the new malloc.
516 @comment But it seems wise to keep the warning for other implementations.
517 In several allocation implementations, making a block smaller sometimes
518 necessitates copying it, so it can fail if no other space is available.
520 If the new size you specify is the same as the old size, @code{realloc}
521 is guaranteed to change nothing and return the same address that you gave.
523 @node Allocating Cleared Space
524 @subsubsection Allocating Cleared Space
526 The function @code{calloc} allocates memory and clears it to zero.  It
527 is declared in @file{stdlib.h}.
528 @pindex stdlib.h
530 @comment malloc.h stdlib.h
531 @comment ISO
532 @deftypefun {void *} calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
533 This function allocates a block long enough to contain a vector of
534 @var{count} elements, each of size @var{eltsize}.  Its contents are
535 cleared to zero before @code{calloc} returns.
536 @end deftypefun
538 You could define @code{calloc} as follows:
540 @smallexample
541 void *
542 calloc (size_t count, size_t eltsize)
544   size_t size = count * eltsize;
545   void *value = malloc (size);
546   if (value != 0)
547     memset (value, 0, size);
548   return value;
550 @end smallexample
552 But in general, it is not guaranteed that @code{calloc} calls
553 @code{malloc} internally.  Therefore, if an application provides its own
554 @code{malloc}/@code{realloc}/@code{free} outside the C library, it
555 should always define @code{calloc}, too.
557 @node Efficiency and Malloc
558 @subsubsection Efficiency Considerations for @code{malloc}
559 @cindex efficiency and @code{malloc}
564 @ignore
566 @c No longer true, see below instead.
567 To make the best use of @code{malloc}, it helps to know that the GNU
568 version of @code{malloc} always dispenses small amounts of memory in
569 blocks whose sizes are powers of two.  It keeps separate pools for each
570 power of two.  This holds for sizes up to a page size.  Therefore, if
571 you are free to choose the size of a small block in order to make
572 @code{malloc} more efficient, make it a power of two.
573 @c !!! xref getpagesize
575 Once a page is split up for a particular block size, it can't be reused
576 for another size unless all the blocks in it are freed.  In many
577 programs, this is unlikely to happen.  Thus, you can sometimes make a
578 program use memory more efficiently by using blocks of the same size for
579 many different purposes.
581 When you ask for memory blocks of a page or larger, @code{malloc} uses a
582 different strategy; it rounds the size up to a multiple of a page, and
583 it can coalesce and split blocks as needed.
585 The reason for the two strategies is that it is important to allocate
586 and free small blocks as fast as possible, but speed is less important
587 for a large block since the program normally spends a fair amount of
588 time using it.  Also, large blocks are normally fewer in number.
589 Therefore, for large blocks, it makes sense to use a method which takes
590 more time to minimize the wasted space.
592 @end ignore
594 As opposed to other versions, the @code{malloc} in the GNU C Library
595 does not round up block sizes to powers of two, neither for large nor
596 for small sizes.  Neighboring chunks can be coalesced on a @code{free}
597 no matter what their size is.  This makes the implementation suitable
598 for all kinds of allocation patterns without generally incurring high
599 memory waste through fragmentation.
601 Very large blocks (much larger than a page) are allocated with
602 @code{mmap} (anonymous or via @code{/dev/zero}) by this implementation.
603 This has the great advantage that these chunks are returned to the
604 system immediately when they are freed.  Therefore, it cannot happen
605 that a large chunk becomes ``locked'' in between smaller ones and even
606 after calling @code{free} wastes memory.  The size threshold for
607 @code{mmap} to be used can be adjusted with @code{mallopt}.  The use of
608 @code{mmap} can also be disabled completely.
610 @node Aligned Memory Blocks
611 @subsubsection Allocating Aligned Memory Blocks
613 @cindex page boundary
614 @cindex alignment (with @code{malloc})
615 @pindex stdlib.h
616 The address of a block returned by @code{malloc} or @code{realloc} in
617 the GNU system is always a multiple of eight (or sixteen on 64-bit
618 systems).  If you need a block whose address is a multiple of a higher
619 power of two than that, use @code{memalign}, @code{posix_memalign}, or
620 @code{valloc}.  These functions are declared in @file{stdlib.h}.
622 With the GNU library, you can use @code{free} to free the blocks that
623 @code{memalign}, @code{posix_memalign}, and @code{valloc} return.  That
624 does not work in BSD, however---BSD does not provide any way to free
625 such blocks.
627 @comment malloc.h stdlib.h
628 @comment BSD
629 @deftypefun {void *} memalign (size_t @var{boundary}, size_t @var{size})
630 The @code{memalign} function allocates a block of @var{size} bytes whose
631 address is a multiple of @var{boundary}.  The @var{boundary} must be a
632 power of two!  The function @code{memalign} works by allocating a
633 somewhat larger block, and then returning an address within the block
634 that is on the specified boundary.
635 @end deftypefun
637 @comment stdlib.h
638 @comment POSIX
639 @deftypefun int posix_memalign (void **@var{memptr}, size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
640 The @code{posix_memalign} function is similar to the @code{memalign}
641 function in that it returns a buffer of @var{size} bytes aligned to a
642 multiple of @var{alignment}.  But it adds one requirement to the
643 parameter @var{alignment}: the value must be a power of two multiple of
644 @code{sizeof (void *)}.
646 If the function succeeds in allocation memory a pointer to the allocated
647 memory is returned in @code{*@var{memptr}} and the return value is zero.
648 Otherwise the function returns an error value indicating the problem.
650 This function was introduced in POSIX 1003.1d.
651 @end deftypefun
653 @comment malloc.h stdlib.h
654 @comment BSD
655 @deftypefun {void *} valloc (size_t @var{size})
656 Using @code{valloc} is like using @code{memalign} and passing the page size
657 as the value of the second argument.  It is implemented like this:
659 @smallexample
660 void *
661 valloc (size_t size)
663   return memalign (getpagesize (), size);
665 @end smallexample
667 @ref{Query Memory Parameters} for more information about the memory
668 subsystem.
669 @end deftypefun
671 @node Malloc Tunable Parameters
672 @subsubsection Malloc Tunable Parameters
674 You can adjust some parameters for dynamic memory allocation with the
675 @code{mallopt} function.  This function is the general SVID/XPG
676 interface, defined in @file{malloc.h}.
677 @pindex malloc.h
679 @deftypefun int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
680 When calling @code{mallopt}, the @var{param} argument specifies the
681 parameter to be set, and @var{value} the new value to be set.  Possible
682 choices for @var{param}, as defined in @file{malloc.h}, are:
684 @table @code
685 @item M_TRIM_THRESHOLD
686 This is the minimum size (in bytes) of the top-most, releasable chunk
687 that will cause @code{sbrk} to be called with a negative argument in
688 order to return memory to the system.
689 @item M_TOP_PAD
690 This parameter determines the amount of extra memory to obtain from the
691 system when a call to @code{sbrk} is required.  It also specifies the
692 number of bytes to retain when shrinking the heap by calling @code{sbrk}
693 with a negative argument.  This provides the necessary hysteresis in
694 heap size such that excessive amounts of system calls can be avoided.
695 @item M_MMAP_THRESHOLD
696 All chunks larger than this value are allocated outside the normal
697 heap, using the @code{mmap} system call.  This way it is guaranteed
698 that the memory for these chunks can be returned to the system on
699 @code{free}.
700 @item M_MMAP_MAX
701 The maximum number of chunks to allocate with @code{mmap}.  Setting this
702 to zero disables all use of @code{mmap}.
703 @end table
705 @end deftypefun
707 @node Heap Consistency Checking
708 @subsubsection Heap Consistency Checking
710 @cindex heap consistency checking
711 @cindex consistency checking, of heap
713 You can ask @code{malloc} to check the consistency of dynamic memory by
714 using the @code{mcheck} function.  This function is a GNU extension,
715 declared in @file{mcheck.h}.
716 @pindex mcheck.h
718 @comment mcheck.h
719 @comment GNU
720 @deftypefun int mcheck (void (*@var{abortfn}) (enum mcheck_status @var{status}))
721 Calling @code{mcheck} tells @code{malloc} to perform occasional
722 consistency checks.  These will catch things such as writing
723 past the end of a block that was allocated with @code{malloc}.
725 The @var{abortfn} argument is the function to call when an inconsistency
726 is found.  If you supply a null pointer, then @code{mcheck} uses a
727 default function which prints a message and calls @code{abort}
728 (@pxref{Aborting a Program}).  The function you supply is called with
729 one argument, which says what sort of inconsistency was detected; its
730 type is described below.
732 It is too late to begin allocation checking once you have allocated
733 anything with @code{malloc}.  So @code{mcheck} does nothing in that
734 case.  The function returns @code{-1} if you call it too late, and
735 @code{0} otherwise (when it is successful).
737 The easiest way to arrange to call @code{mcheck} early enough is to use
738 the option @samp{-lmcheck} when you link your program; then you don't
739 need to modify your program source at all.  Alternatively you might use
740 a debugger to insert a call to @code{mcheck} whenever the program is
741 started, for example these gdb commands will automatically call @code{mcheck}
742 whenever the program starts:
744 @smallexample
745 (gdb) break main
746 Breakpoint 1, main (argc=2, argv=0xbffff964) at whatever.c:10
747 (gdb) command 1
748 Type commands for when breakpoint 1 is hit, one per line.
749 End with a line saying just "end".
750 >call mcheck(0)
751 >continue
752 >end
753 (gdb) ...
754 @end smallexample
756 This will however only work if no initialization function of any object
757 involved calls any of the @code{malloc} functions since @code{mcheck}
758 must be called before the first such function.
760 @end deftypefun
762 @deftypefun {enum mcheck_status} mprobe (void *@var{pointer})
763 The @code{mprobe} function lets you explicitly check for inconsistencies
764 in a particular allocated block.  You must have already called
765 @code{mcheck} at the beginning of the program, to do its occasional
766 checks; calling @code{mprobe} requests an additional consistency check
767 to be done at the time of the call.
769 The argument @var{pointer} must be a pointer returned by @code{malloc}
770 or @code{realloc}.  @code{mprobe} returns a value that says what
771 inconsistency, if any, was found.  The values are described below.
772 @end deftypefun
774 @deftp {Data Type} {enum mcheck_status}
775 This enumerated type describes what kind of inconsistency was detected
776 in an allocated block, if any.  Here are the possible values:
778 @table @code
779 @item MCHECK_DISABLED
780 @code{mcheck} was not called before the first allocation.
781 No consistency checking can be done.
782 @item MCHECK_OK
783 No inconsistency detected.
784 @item MCHECK_HEAD
785 The data immediately before the block was modified.
786 This commonly happens when an array index or pointer
787 is decremented too far.
788 @item MCHECK_TAIL
789 The data immediately after the block was modified.
790 This commonly happens when an array index or pointer
791 is incremented too far.
792 @item MCHECK_FREE
793 The block was already freed.
794 @end table
795 @end deftp
797 Another possibility to check for and guard against bugs in the use of
798 @code{malloc}, @code{realloc} and @code{free} is to set the environment
799 variable @code{MALLOC_CHECK_}.  When @code{MALLOC_CHECK_} is set, a
800 special (less efficient) implementation is used which is designed to be
801 tolerant against simple errors, such as double calls of @code{free} with
802 the same argument, or overruns of a single byte (off-by-one bugs).  Not
803 all such errors can be protected against, however, and memory leaks can
804 result.  If @code{MALLOC_CHECK_} is set to @code{0}, any detected heap
805 corruption is silently ignored; if set to @code{1}, a diagnostic is
806 printed on @code{stderr}; if set to @code{2}, @code{abort} is called
807 immediately.  This can be useful because otherwise a crash may happen
808 much later, and the true cause for the problem is then very hard to
809 track down.
811 There is one problem with @code{MALLOC_CHECK_}: in SUID or SGID binaries
812 it could possibly be exploited since diverging from the normal programs
813 behavior it now writes something to the standard error descriptor.
814 Therefore the use of @code{MALLOC_CHECK_} is disabled by default for
815 SUID and SGID binaries.  It can be enabled again by the system
816 administrator by adding a file @file{/etc/suid-debug} (the content is
817 not important it could be empty).
819 So, what's the difference between using @code{MALLOC_CHECK_} and linking
820 with @samp{-lmcheck}?  @code{MALLOC_CHECK_} is orthogonal with respect to
821 @samp{-lmcheck}.  @samp{-lmcheck} has been added for backward
822 compatibility.  Both @code{MALLOC_CHECK_} and @samp{-lmcheck} should
823 uncover the same bugs - but using @code{MALLOC_CHECK_} you don't need to
824 recompile your application.
826 @node Hooks for Malloc
827 @subsubsection Memory Allocation Hooks
828 @cindex allocation hooks, for @code{malloc}
830 The GNU C library lets you modify the behavior of @code{malloc},
831 @code{realloc}, and @code{free} by specifying appropriate hook
832 functions.  You can use these hooks to help you debug programs that use
833 dynamic memory allocation, for example.
835 The hook variables are declared in @file{malloc.h}.
836 @pindex malloc.h
838 @comment malloc.h
839 @comment GNU
840 @defvar __malloc_hook
841 The value of this variable is a pointer to the function that
842 @code{malloc} uses whenever it is called.  You should define this
843 function to look like @code{malloc}; that is, like:
845 @smallexample
846 void *@var{function} (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
847 @end smallexample
849 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
850 the @code{malloc} function was called.  This value allows you to trace
851 the memory consumption of the program.
852 @end defvar
854 @comment malloc.h
855 @comment GNU
856 @defvar __realloc_hook
857 The value of this variable is a pointer to function that @code{realloc}
858 uses whenever it is called.  You should define this function to look
859 like @code{realloc}; that is, like:
861 @smallexample
862 void *@var{function} (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
863 @end smallexample
865 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
866 the @code{realloc} function was called.  This value allows you to trace the
867 memory consumption of the program.
868 @end defvar
870 @comment malloc.h
871 @comment GNU
872 @defvar __free_hook
873 The value of this variable is a pointer to function that @code{free}
874 uses whenever it is called.  You should define this function to look
875 like @code{free}; that is, like:
877 @smallexample
878 void @var{function} (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
879 @end smallexample
881 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
882 the @code{free} function was called.  This value allows you to trace the
883 memory consumption of the program.
884 @end defvar
886 @comment malloc.h
887 @comment GNU
888 @defvar __memalign_hook
889 The value of this variable is a pointer to function that @code{memalign}
890 uses whenever it is called.  You should define this function to look
891 like @code{memalign}; that is, like:
893 @smallexample
894 void *@var{function} (size_t @var{size}, size_t @var{alignment}, const void *@var{caller})
895 @end smallexample
897 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
898 the @code{memalign} function was called.  This value allows you to trace the
899 memory consumption of the program.
900 @end defvar
902 You must make sure that the function you install as a hook for one of
903 these functions does not call that function recursively without restoring
904 the old value of the hook first!  Otherwise, your program will get stuck
905 in an infinite recursion.  Before calling the function recursively, one
906 should make sure to restore all the hooks to their previous value.  When
907 coming back from the recursive call, all the hooks should be resaved
908 since a hook might modify itself.
910 @comment malloc.h
911 @comment GNU
912 @defvar __malloc_initialize_hook
913 The value of this variable is a pointer to a function that is called
914 once when the malloc implementation is initialized.  This is a weak
915 variable, so it can be overridden in the application with a definition
916 like the following:
918 @smallexample
919 void (*@var{__malloc_initialize_hook}) (void) = my_init_hook;
920 @end smallexample
921 @end defvar
923 An issue to look out for is the time at which the malloc hook functions
924 can be safely installed.  If the hook functions call the malloc-related
925 functions recursively, it is necessary that malloc has already properly
926 initialized itself at the time when @code{__malloc_hook} etc. is
927 assigned to.  On the other hand, if the hook functions provide a
928 complete malloc implementation of their own, it is vital that the hooks
929 are assigned to @emph{before} the very first @code{malloc} call has
930 completed, because otherwise a chunk obtained from the ordinary,
931 un-hooked malloc may later be handed to @code{__free_hook}, for example.
933 In both cases, the problem can be solved by setting up the hooks from
934 within a user-defined function pointed to by
935 @code{__malloc_initialize_hook}---then the hooks will be set up safely
936 at the right time.
938 Here is an example showing how to use @code{__malloc_hook} and
939 @code{__free_hook} properly.  It installs a function that prints out
940 information every time @code{malloc} or @code{free} is called.  We just
941 assume here that @code{realloc} and @code{memalign} are not used in our
942 program.
944 @smallexample
945 /* Prototypes for __malloc_hook, __free_hook */
946 #include <malloc.h>
948 /* Prototypes for our hooks.  */
949 static void *my_init_hook (void);
950 static void *my_malloc_hook (size_t, const void *);
951 static void my_free_hook (void*, const void *);
953 /* Override initializing hook from the C library. */
954 void (*__malloc_initialize_hook) (void) = my_init_hook;
956 static void
957 my_init_hook (void)
959   old_malloc_hook = __malloc_hook;
960   old_free_hook = __free_hook;
961   __malloc_hook = my_malloc_hook;
962   __free_hook = my_free_hook;
965 static void *
966 my_malloc_hook (size_t size, const void *caller)
968   void *result;
969   /* Restore all old hooks */
970   __malloc_hook = old_malloc_hook;
971   __free_hook = old_free_hook;
972   /* Call recursively */
973   result = malloc (size);
974   /* Save underlying hooks */
975   old_malloc_hook = __malloc_hook;
976   old_free_hook = __free_hook;
977   /* @r{@code{printf} might call @code{malloc}, so protect it too.} */
978   printf ("malloc (%u) returns %p\n", (unsigned int) size, result);
979   /* Restore our own hooks */
980   __malloc_hook = my_malloc_hook;
981   __free_hook = my_free_hook;
982   return result;
985 static void *
986 my_free_hook (void *ptr, const void *caller)
988   /* Restore all old hooks */
989   __malloc_hook = old_malloc_hook;
990   __free_hook = old_free_hook;
991   /* Call recursively */
992   free (ptr);
993   /* Save underlying hooks */
994   old_malloc_hook = __malloc_hook;
995   old_free_hook = __free_hook;
996   /* @r{@code{printf} might call @code{free}, so protect it too.} */
997   printf ("freed pointer %p\n", ptr);
998   /* Restore our own hooks */
999   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1000   __free_hook = my_free_hook;
1003 main ()
1005   ...
1007 @end smallexample
1009 The @code{mcheck} function (@pxref{Heap Consistency Checking}) works by
1010 installing such hooks.
1012 @c __morecore, __after_morecore_hook are undocumented
1013 @c It's not clear whether to document them.
1015 @node Statistics of Malloc
1016 @subsubsection Statistics for Memory Allocation with @code{malloc}
1018 @cindex allocation statistics
1019 You can get information about dynamic memory allocation by calling the
1020 @code{mallinfo} function.  This function and its associated data type
1021 are declared in @file{malloc.h}; they are an extension of the standard
1022 SVID/XPG version.
1023 @pindex malloc.h
1025 @comment malloc.h
1026 @comment GNU
1027 @deftp {Data Type} {struct mallinfo}
1028 This structure type is used to return information about the dynamic
1029 memory allocator.  It contains the following members:
1031 @table @code
1032 @item int arena
1033 This is the total size of memory allocated with @code{sbrk} by
1034 @code{malloc}, in bytes.
1036 @item int ordblks
1037 This is the number of chunks not in use.  (The memory allocator
1038 internally gets chunks of memory from the operating system, and then
1039 carves them up to satisfy individual @code{malloc} requests; see
1040 @ref{Efficiency and Malloc}.)
1042 @item int smblks
1043 This field is unused.
1045 @item int hblks
1046 This is the total number of chunks allocated with @code{mmap}.
1048 @item int hblkhd
1049 This is the total size of memory allocated with @code{mmap}, in bytes.
1051 @item int usmblks
1052 This field is unused.
1054 @item int fsmblks
1055 This field is unused.
1057 @item int uordblks
1058 This is the total size of memory occupied by chunks handed out by
1059 @code{malloc}.
1061 @item int fordblks
1062 This is the total size of memory occupied by free (not in use) chunks.
1064 @item int keepcost
1065 This is the size of the top-most releasable chunk that normally
1066 borders the end of the heap (i.e. the high end of the virtual address
1067 space's data segment).
1069 @end table
1070 @end deftp
1072 @comment malloc.h
1073 @comment SVID
1074 @deftypefun {struct mallinfo} mallinfo (void)
1075 This function returns information about the current dynamic memory usage
1076 in a structure of type @code{struct mallinfo}.
1077 @end deftypefun
1079 @node Summary of Malloc
1080 @subsubsection Summary of @code{malloc}-Related Functions
1082 Here is a summary of the functions that work with @code{malloc}:
1084 @table @code
1085 @item void *malloc (size_t @var{size})
1086 Allocate a block of @var{size} bytes.  @xref{Basic Allocation}.
1088 @item void free (void *@var{addr})
1089 Free a block previously allocated by @code{malloc}.  @xref{Freeing after
1090 Malloc}.
1092 @item void *realloc (void *@var{addr}, size_t @var{size})
1093 Make a block previously allocated by @code{malloc} larger or smaller,
1094 possibly by copying it to a new location.  @xref{Changing Block Size}.
1096 @item void *calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
1097 Allocate a block of @var{count} * @var{eltsize} bytes using
1098 @code{malloc}, and set its contents to zero.  @xref{Allocating Cleared
1099 Space}.
1101 @item void *valloc (size_t @var{size})
1102 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on a page boundary.
1103 @xref{Aligned Memory Blocks}.
1105 @item void *memalign (size_t @var{size}, size_t @var{boundary})
1106 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1107 multiple of @var{boundary}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1109 @item int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
1110 Adjust a tunable parameter.  @xref{Malloc Tunable Parameters}.
1112 @item int mcheck (void (*@var{abortfn}) (void))
1113 Tell @code{malloc} to perform occasional consistency checks on
1114 dynamically allocated memory, and to call @var{abortfn} when an
1115 inconsistency is found.  @xref{Heap Consistency Checking}.
1117 @item void *(*__malloc_hook) (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1118 A pointer to a function that @code{malloc} uses whenever it is called.
1120 @item void *(*__realloc_hook) (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1121 A pointer to a function that @code{realloc} uses whenever it is called.
1123 @item void (*__free_hook) (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
1124 A pointer to a function that @code{free} uses whenever it is called.
1126 @item void (*__memalign_hook) (size_t @var{size}, size_t @var{alignment}, const void *@var{caller})
1127 A pointer to a function that @code{memalign} uses whenever it is called.
1129 @item struct mallinfo mallinfo (void)
1130 Return information about the current dynamic memory usage.
1131 @xref{Statistics of Malloc}.
1132 @end table
1134 @node Allocation Debugging
1135 @subsection Allocation Debugging
1136 @cindex allocation debugging
1137 @cindex malloc debugger
1139 A complicated task when programming with languages which do not use
1140 garbage collected dynamic memory allocation is to find memory leaks.
1141 Long running programs must assure that dynamically allocated objects are
1142 freed at the end of their lifetime.  If this does not happen the system
1143 runs out of memory, sooner or later.
1145 The @code{malloc} implementation in the GNU C library provides some
1146 simple means to detect such leaks and obtain some information to find
1147 the location.  To do this the application must be started in a special
1148 mode which is enabled by an environment variable.  There are no speed
1149 penalties for the program if the debugging mode is not enabled.
1151 @menu
1152 * Tracing malloc::               How to install the tracing functionality.
1153 * Using the Memory Debugger::    Example programs excerpts.
1154 * Tips for the Memory Debugger:: Some more or less clever ideas.
1155 * Interpreting the traces::      What do all these lines mean?
1156 @end menu
1158 @node Tracing malloc
1159 @subsubsection How to install the tracing functionality
1161 @comment mcheck.h
1162 @comment GNU
1163 @deftypefun void mtrace (void)
1164 When the @code{mtrace} function is called it looks for an environment
1165 variable named @code{MALLOC_TRACE}.  This variable is supposed to
1166 contain a valid file name.  The user must have write access.  If the
1167 file already exists it is truncated.  If the environment variable is not
1168 set or it does not name a valid file which can be opened for writing
1169 nothing is done.  The behavior of @code{malloc} etc. is not changed.
1170 For obvious reasons this also happens if the application is installed
1171 with the SUID or SGID bit set.
1173 If the named file is successfully opened, @code{mtrace} installs special
1174 handlers for the functions @code{malloc}, @code{realloc}, and
1175 @code{free} (@pxref{Hooks for Malloc}).  From then on, all uses of these
1176 functions are traced and protocolled into the file.  There is now of
1177 course a speed penalty for all calls to the traced functions so tracing
1178 should not be enabled during normal use.
1180 This function is a GNU extension and generally not available on other
1181 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1182 @end deftypefun
1184 @comment mcheck.h
1185 @comment GNU
1186 @deftypefun void muntrace (void)
1187 The @code{muntrace} function can be called after @code{mtrace} was used
1188 to enable tracing the @code{malloc} calls.  If no (successful) call of
1189 @code{mtrace} was made @code{muntrace} does nothing.
1191 Otherwise it deinstalls the handlers for @code{malloc}, @code{realloc},
1192 and @code{free} and then closes the protocol file.  No calls are
1193 protocolled anymore and the program runs again at full speed.
1195 This function is a GNU extension and generally not available on other
1196 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1197 @end deftypefun
1199 @node Using the Memory Debugger
1200 @subsubsection Example program excerpts
1202 Even though the tracing functionality does not influence the runtime
1203 behavior of the program it is not a good idea to call @code{mtrace} in
1204 all programs.  Just imagine that you debug a program using @code{mtrace}
1205 and all other programs used in the debugging session also trace their
1206 @code{malloc} calls.  The output file would be the same for all programs
1207 and thus is unusable.  Therefore one should call @code{mtrace} only if
1208 compiled for debugging.  A program could therefore start like this:
1210 @example
1211 #include <mcheck.h>
1214 main (int argc, char *argv[])
1216 #ifdef DEBUGGING
1217   mtrace ();
1218 #endif
1219   @dots{}
1221 @end example
1223 This is all what is needed if you want to trace the calls during the
1224 whole runtime of the program.  Alternatively you can stop the tracing at
1225 any time with a call to @code{muntrace}.  It is even possible to restart
1226 the tracing again with a new call to @code{mtrace}.  But this can cause
1227 unreliable results since there may be calls of the functions which are
1228 not called.  Please note that not only the application uses the traced
1229 functions, also libraries (including the C library itself) use these
1230 functions.
1232 This last point is also why it is no good idea to call @code{muntrace}
1233 before the program terminated.  The libraries are informed about the
1234 termination of the program only after the program returns from
1235 @code{main} or calls @code{exit} and so cannot free the memory they use
1236 before this time.
1238 So the best thing one can do is to call @code{mtrace} as the very first
1239 function in the program and never call @code{muntrace}.  So the program
1240 traces almost all uses of the @code{malloc} functions (except those
1241 calls which are executed by constructors of the program or used
1242 libraries).
1244 @node Tips for the Memory Debugger
1245 @subsubsection Some more or less clever ideas
1247 You know the situation.  The program is prepared for debugging and in
1248 all debugging sessions it runs well.  But once it is started without
1249 debugging the error shows up.  A typical example is a memory leak that
1250 becomes visible only when we turn off the debugging.  If you foresee
1251 such situations you can still win.  Simply use something equivalent to
1252 the following little program:
1254 @example
1255 #include <mcheck.h>
1256 #include <signal.h>
1258 static void
1259 enable (int sig)
1261   mtrace ();
1262   signal (SIGUSR1, enable);
1265 static void
1266 disable (int sig)
1268   muntrace ();
1269   signal (SIGUSR2, disable);
1273 main (int argc, char *argv[])
1275   @dots{}
1277   signal (SIGUSR1, enable);
1278   signal (SIGUSR2, disable);
1280   @dots{}
1282 @end example
1284 I.e., the user can start the memory debugger any time s/he wants if the
1285 program was started with @code{MALLOC_TRACE} set in the environment.
1286 The output will of course not show the allocations which happened before
1287 the first signal but if there is a memory leak this will show up
1288 nevertheless.
1290 @node Interpreting the traces
1291 @subsubsection Interpreting the traces
1293 If you take a look at the output it will look similar to this:
1295 @example
1296 = Start
1297 @ [0x8048209] - 0x8064cc8
1298 @ [0x8048209] - 0x8064ce0
1299 @ [0x8048209] - 0x8064cf8
1300 @ [0x80481eb] + 0x8064c48 0x14
1301 @ [0x80481eb] + 0x8064c60 0x14
1302 @ [0x80481eb] + 0x8064c78 0x14
1303 @ [0x80481eb] + 0x8064c90 0x14
1304 = End
1305 @end example
1307 What this all means is not really important since the trace file is not
1308 meant to be read by a human.  Therefore no attention is given to
1309 readability.  Instead there is a program which comes with the GNU C
1310 library which interprets the traces and outputs a summary in an
1311 user-friendly way.  The program is called @code{mtrace} (it is in fact a
1312 Perl script) and it takes one or two arguments.  In any case the name of
1313 the file with the trace output must be specified.  If an optional
1314 argument precedes the name of the trace file this must be the name of
1315 the program which generated the trace.
1317 @example
1318 drepper$ mtrace tst-mtrace log
1319 No memory leaks.
1320 @end example
1322 In this case the program @code{tst-mtrace} was run and it produced a
1323 trace file @file{log}.  The message printed by @code{mtrace} shows there
1324 are no problems with the code, all allocated memory was freed
1325 afterwards.
1327 If we call @code{mtrace} on the example trace given above we would get a
1328 different outout:
1330 @example
1331 drepper$ mtrace errlog
1332 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd 0x8048209
1333 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd 0x8048209
1334 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd 0x8048209
1336 Memory not freed:
1337 -----------------
1338    Address     Size     Caller
1339 0x08064c48     0x14  at 0x80481eb
1340 0x08064c60     0x14  at 0x80481eb
1341 0x08064c78     0x14  at 0x80481eb
1342 0x08064c90     0x14  at 0x80481eb
1343 @end example
1345 We have called @code{mtrace} with only one argument and so the script
1346 has no chance to find out what is meant with the addresses given in the
1347 trace.  We can do better:
1349 @example
1350 drepper$ mtrace tst errlog
1351 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1352 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1353 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1355 Memory not freed:
1356 -----------------
1357    Address     Size     Caller
1358 0x08064c48     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1359 0x08064c60     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1360 0x08064c78     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1361 0x08064c90     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1362 @end example
1364 Suddenly the output makes much more sense and the user can see
1365 immediately where the function calls causing the trouble can be found.
1367 Interpreting this output is not complicated.  There are at most two
1368 different situations being detected.  First, @code{free} was called for
1369 pointers which were never returned by one of the allocation functions.
1370 This is usually a very bad problem and what this looks like is shown in
1371 the first three lines of the output.  Situations like this are quite
1372 rare and if they appear they show up very drastically: the program
1373 normally crashes.
1375 The other situation which is much harder to detect are memory leaks.  As
1376 you can see in the output the @code{mtrace} function collects all this
1377 information and so can say that the program calls an allocation function
1378 from line 33 in the source file @file{/home/drepper/tst-mtrace.c} four
1379 times without freeing this memory before the program terminates.
1380 Whether this is a real problem remains to be investigated.
1382 @node Obstacks
1383 @subsection Obstacks
1384 @cindex obstacks
1386 An @dfn{obstack} is a pool of memory containing a stack of objects.  You
1387 can create any number of separate obstacks, and then allocate objects in
1388 specified obstacks.  Within each obstack, the last object allocated must
1389 always be the first one freed, but distinct obstacks are independent of
1390 each other.
1392 Aside from this one constraint of order of freeing, obstacks are totally
1393 general: an obstack can contain any number of objects of any size.  They
1394 are implemented with macros, so allocation is usually very fast as long as
1395 the objects are usually small.  And the only space overhead per object is
1396 the padding needed to start each object on a suitable boundary.
1398 @menu
1399 * Creating Obstacks::           How to declare an obstack in your program.
1400 * Preparing for Obstacks::      Preparations needed before you can
1401                                  use obstacks.
1402 * Allocation in an Obstack::    Allocating objects in an obstack.
1403 * Freeing Obstack Objects::     Freeing objects in an obstack.
1404 * Obstack Functions::           The obstack functions are both
1405                                  functions and macros.
1406 * Growing Objects::             Making an object bigger by stages.
1407 * Extra Fast Growing::          Extra-high-efficiency (though more
1408                                  complicated) growing objects.
1409 * Status of an Obstack::        Inquiries about the status of an obstack.
1410 * Obstacks Data Alignment::     Controlling alignment of objects in obstacks.
1411 * Obstack Chunks::              How obstacks obtain and release chunks;
1412                                  efficiency considerations.
1413 * Summary of Obstacks::
1414 @end menu
1416 @node Creating Obstacks
1417 @subsubsection Creating Obstacks
1419 The utilities for manipulating obstacks are declared in the header
1420 file @file{obstack.h}.
1421 @pindex obstack.h
1423 @comment obstack.h
1424 @comment GNU
1425 @deftp {Data Type} {struct obstack}
1426 An obstack is represented by a data structure of type @code{struct
1427 obstack}.  This structure has a small fixed size; it records the status
1428 of the obstack and how to find the space in which objects are allocated.
1429 It does not contain any of the objects themselves.  You should not try
1430 to access the contents of the structure directly; use only the functions
1431 described in this chapter.
1432 @end deftp
1434 You can declare variables of type @code{struct obstack} and use them as
1435 obstacks, or you can allocate obstacks dynamically like any other kind
1436 of object.  Dynamic allocation of obstacks allows your program to have a
1437 variable number of different stacks.  (You can even allocate an
1438 obstack structure in another obstack, but this is rarely useful.)
1440 All the functions that work with obstacks require you to specify which
1441 obstack to use.  You do this with a pointer of type @code{struct obstack
1442 *}.  In the following, we often say ``an obstack'' when strictly
1443 speaking the object at hand is such a pointer.
1445 The objects in the obstack are packed into large blocks called
1446 @dfn{chunks}.  The @code{struct obstack} structure points to a chain of
1447 the chunks currently in use.
1449 The obstack library obtains a new chunk whenever you allocate an object
1450 that won't fit in the previous chunk.  Since the obstack library manages
1451 chunks automatically, you don't need to pay much attention to them, but
1452 you do need to supply a function which the obstack library should use to
1453 get a chunk.  Usually you supply a function which uses @code{malloc}
1454 directly or indirectly.  You must also supply a function to free a chunk.
1455 These matters are described in the following section.
1457 @node Preparing for Obstacks
1458 @subsubsection Preparing for Using Obstacks
1460 Each source file in which you plan to use the obstack functions
1461 must include the header file @file{obstack.h}, like this:
1463 @smallexample
1464 #include <obstack.h>
1465 @end smallexample
1467 @findex obstack_chunk_alloc
1468 @findex obstack_chunk_free
1469 Also, if the source file uses the macro @code{obstack_init}, it must
1470 declare or define two functions or macros that will be called by the
1471 obstack library.  One, @code{obstack_chunk_alloc}, is used to allocate
1472 the chunks of memory into which objects are packed.  The other,
1473 @code{obstack_chunk_free}, is used to return chunks when the objects in
1474 them are freed.  These macros should appear before any use of obstacks
1475 in the source file.
1477 Usually these are defined to use @code{malloc} via the intermediary
1478 @code{xmalloc} (@pxref{Unconstrained Allocation}).  This is done with
1479 the following pair of macro definitions:
1481 @smallexample
1482 #define obstack_chunk_alloc xmalloc
1483 #define obstack_chunk_free free
1484 @end smallexample
1486 @noindent
1487 Though the memory you get using obstacks really comes from @code{malloc},
1488 using obstacks is faster because @code{malloc} is called less often, for
1489 larger blocks of memory.  @xref{Obstack Chunks}, for full details.
1491 At run time, before the program can use a @code{struct obstack} object
1492 as an obstack, it must initialize the obstack by calling
1493 @code{obstack_init}.
1495 @comment obstack.h
1496 @comment GNU
1497 @deftypefun int obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1498 Initialize obstack @var{obstack-ptr} for allocation of objects.  This
1499 function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function.  If
1500 allocation of memory fails, the function pointed to by
1501 @code{obstack_alloc_failed_handler} is called.  The @code{obstack_init}
1502 function always returns 1 (Compatibility notice: Former versions of
1503 obstack returned 0 if allocation failed).
1504 @end deftypefun
1506 Here are two examples of how to allocate the space for an obstack and
1507 initialize it.  First, an obstack that is a static variable:
1509 @smallexample
1510 static struct obstack myobstack;
1511 @dots{}
1512 obstack_init (&myobstack);
1513 @end smallexample
1515 @noindent
1516 Second, an obstack that is itself dynamically allocated:
1518 @smallexample
1519 struct obstack *myobstack_ptr
1520   = (struct obstack *) xmalloc (sizeof (struct obstack));
1522 obstack_init (myobstack_ptr);
1523 @end smallexample
1525 @comment obstack.h
1526 @comment GNU
1527 @defvar obstack_alloc_failed_handler
1528 The value of this variable is a pointer to a function that
1529 @code{obstack} uses when @code{obstack_chunk_alloc} fails to allocate
1530 memory.  The default action is to print a message and abort.
1531 You should supply a function that either calls @code{exit}
1532 (@pxref{Program Termination}) or @code{longjmp} (@pxref{Non-Local
1533 Exits}) and doesn't return.
1535 @smallexample
1536 void my_obstack_alloc_failed (void)
1537 @dots{}
1538 obstack_alloc_failed_handler = &my_obstack_alloc_failed;
1539 @end smallexample
1541 @end defvar
1543 @node Allocation in an Obstack
1544 @subsubsection Allocation in an Obstack
1545 @cindex allocation (obstacks)
1547 The most direct way to allocate an object in an obstack is with
1548 @code{obstack_alloc}, which is invoked almost like @code{malloc}.
1550 @comment obstack.h
1551 @comment GNU
1552 @deftypefun {void *} obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
1553 This allocates an uninitialized block of @var{size} bytes in an obstack
1554 and returns its address.  Here @var{obstack-ptr} specifies which obstack
1555 to allocate the block in; it is the address of the @code{struct obstack}
1556 object which represents the obstack.  Each obstack function or macro
1557 requires you to specify an @var{obstack-ptr} as the first argument.
1559 This function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function if
1560 it needs to allocate a new chunk of memory; it calls
1561 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
1562 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
1563 @end deftypefun
1565 For example, here is a function that allocates a copy of a string @var{str}
1566 in a specific obstack, which is in the variable @code{string_obstack}:
1568 @smallexample
1569 struct obstack string_obstack;
1571 char *
1572 copystring (char *string)
1574   size_t len = strlen (string) + 1;
1575   char *s = (char *) obstack_alloc (&string_obstack, len);
1576   memcpy (s, string, len);
1577   return s;
1579 @end smallexample
1581 To allocate a block with specified contents, use the function
1582 @code{obstack_copy}, declared like this:
1584 @comment obstack.h
1585 @comment GNU
1586 @deftypefun {void *} obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
1587 This allocates a block and initializes it by copying @var{size}
1588 bytes of data starting at @var{address}.  It calls
1589 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
1590 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
1591 @end deftypefun
1593 @comment obstack.h
1594 @comment GNU
1595 @deftypefun {void *} obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
1596 Like @code{obstack_copy}, but appends an extra byte containing a null
1597 character.  This extra byte is not counted in the argument @var{size}.
1598 @end deftypefun
1600 The @code{obstack_copy0} function is convenient for copying a sequence
1601 of characters into an obstack as a null-terminated string.  Here is an
1602 example of its use:
1604 @smallexample
1605 char *
1606 obstack_savestring (char *addr, int size)
1608   return obstack_copy0 (&myobstack, addr, size);
1610 @end smallexample
1612 @noindent
1613 Contrast this with the previous example of @code{savestring} using
1614 @code{malloc} (@pxref{Basic Allocation}).
1616 @node Freeing Obstack Objects
1617 @subsubsection Freeing Objects in an Obstack
1618 @cindex freeing (obstacks)
1620 To free an object allocated in an obstack, use the function
1621 @code{obstack_free}.  Since the obstack is a stack of objects, freeing
1622 one object automatically frees all other objects allocated more recently
1623 in the same obstack.
1625 @comment obstack.h
1626 @comment GNU
1627 @deftypefun void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
1628 If @var{object} is a null pointer, everything allocated in the obstack
1629 is freed.  Otherwise, @var{object} must be the address of an object
1630 allocated in the obstack.  Then @var{object} is freed, along with
1631 everything allocated in @var{obstack} since @var{object}.
1632 @end deftypefun
1634 Note that if @var{object} is a null pointer, the result is an
1635 uninitialized obstack.  To free all memory in an obstack but leave it
1636 valid for further allocation, call @code{obstack_free} with the address
1637 of the first object allocated on the obstack:
1639 @smallexample
1640 obstack_free (obstack_ptr, first_object_allocated_ptr);
1641 @end smallexample
1643 Recall that the objects in an obstack are grouped into chunks.  When all
1644 the objects in a chunk become free, the obstack library automatically
1645 frees the chunk (@pxref{Preparing for Obstacks}).  Then other
1646 obstacks, or non-obstack allocation, can reuse the space of the chunk.
1648 @node Obstack Functions
1649 @subsubsection Obstack Functions and Macros
1650 @cindex macros
1652 The interfaces for using obstacks may be defined either as functions or
1653 as macros, depending on the compiler.  The obstack facility works with
1654 all C compilers, including both @w{ISO C} and traditional C, but there are
1655 precautions you must take if you plan to use compilers other than GNU C.
1657 If you are using an old-fashioned @w{non-ISO C} compiler, all the obstack
1658 ``functions'' are actually defined only as macros.  You can call these
1659 macros like functions, but you cannot use them in any other way (for
1660 example, you cannot take their address).
1662 Calling the macros requires a special precaution: namely, the first
1663 operand (the obstack pointer) may not contain any side effects, because
1664 it may be computed more than once.  For example, if you write this:
1666 @smallexample
1667 obstack_alloc (get_obstack (), 4);
1668 @end smallexample
1670 @noindent
1671 you will find that @code{get_obstack} may be called several times.
1672 If you use @code{*obstack_list_ptr++} as the obstack pointer argument,
1673 you will get very strange results since the incrementation may occur
1674 several times.
1676 In @w{ISO C}, each function has both a macro definition and a function
1677 definition.  The function definition is used if you take the address of the
1678 function without calling it.  An ordinary call uses the macro definition by
1679 default, but you can request the function definition instead by writing the
1680 function name in parentheses, as shown here:
1682 @smallexample
1683 char *x;
1684 void *(*funcp) ();
1685 /* @r{Use the macro}.  */
1686 x = (char *) obstack_alloc (obptr, size);
1687 /* @r{Call the function}.  */
1688 x = (char *) (obstack_alloc) (obptr, size);
1689 /* @r{Take the address of the function}.  */
1690 funcp = obstack_alloc;
1691 @end smallexample
1693 @noindent
1694 This is the same situation that exists in @w{ISO C} for the standard library
1695 functions.  @xref{Macro Definitions}.
1697 @strong{Warning:} When you do use the macros, you must observe the
1698 precaution of avoiding side effects in the first operand, even in @w{ISO C}.
1700 If you use the GNU C compiler, this precaution is not necessary, because
1701 various language extensions in GNU C permit defining the macros so as to
1702 compute each argument only once.
1704 @node Growing Objects
1705 @subsubsection Growing Objects
1706 @cindex growing objects (in obstacks)
1707 @cindex changing the size of a block (obstacks)
1709 Because memory in obstack chunks is used sequentially, it is possible to
1710 build up an object step by step, adding one or more bytes at a time to the
1711 end of the object.  With this technique, you do not need to know how much
1712 data you will put in the object until you come to the end of it.  We call
1713 this the technique of @dfn{growing objects}.  The special functions
1714 for adding data to the growing object are described in this section.
1716 You don't need to do anything special when you start to grow an object.
1717 Using one of the functions to add data to the object automatically
1718 starts it.  However, it is necessary to say explicitly when the object is
1719 finished.  This is done with the function @code{obstack_finish}.
1721 The actual address of the object thus built up is not known until the
1722 object is finished.  Until then, it always remains possible that you will
1723 add so much data that the object must be copied into a new chunk.
1725 While the obstack is in use for a growing object, you cannot use it for
1726 ordinary allocation of another object.  If you try to do so, the space
1727 already added to the growing object will become part of the other object.
1729 @comment obstack.h
1730 @comment GNU
1731 @deftypefun void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
1732 The most basic function for adding to a growing object is
1733 @code{obstack_blank}, which adds space without initializing it.
1734 @end deftypefun
1736 @comment obstack.h
1737 @comment GNU
1738 @deftypefun void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
1739 To add a block of initialized space, use @code{obstack_grow}, which is
1740 the growing-object analogue of @code{obstack_copy}.  It adds @var{size}
1741 bytes of data to the growing object, copying the contents from
1742 @var{data}.
1743 @end deftypefun
1745 @comment obstack.h
1746 @comment GNU
1747 @deftypefun void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
1748 This is the growing-object analogue of @code{obstack_copy0}.  It adds
1749 @var{size} bytes copied from @var{data}, followed by an additional null
1750 character.
1751 @end deftypefun
1753 @comment obstack.h
1754 @comment GNU
1755 @deftypefun void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
1756 To add one character at a time, use the function @code{obstack_1grow}.
1757 It adds a single byte containing @var{c} to the growing object.
1758 @end deftypefun
1760 @comment obstack.h
1761 @comment GNU
1762 @deftypefun void obstack_ptr_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
1763 Adding the value of a pointer one can use the function
1764 @code{obstack_ptr_grow}.  It adds @code{sizeof (void *)} bytes
1765 containing the value of @var{data}.
1766 @end deftypefun
1768 @comment obstack.h
1769 @comment GNU
1770 @deftypefun void obstack_int_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
1771 A single value of type @code{int} can be added by using the
1772 @code{obstack_int_grow} function.  It adds @code{sizeof (int)} bytes to
1773 the growing object and initializes them with the value of @var{data}.
1774 @end deftypefun
1776 @comment obstack.h
1777 @comment GNU
1778 @deftypefun {void *} obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1779 When you are finished growing the object, use the function
1780 @code{obstack_finish} to close it off and return its final address.
1782 Once you have finished the object, the obstack is available for ordinary
1783 allocation or for growing another object.
1785 This function can return a null pointer under the same conditions as
1786 @code{obstack_alloc} (@pxref{Allocation in an Obstack}).
1787 @end deftypefun
1789 When you build an object by growing it, you will probably need to know
1790 afterward how long it became.  You need not keep track of this as you grow
1791 the object, because you can find out the length from the obstack just
1792 before finishing the object with the function @code{obstack_object_size},
1793 declared as follows:
1795 @comment obstack.h
1796 @comment GNU
1797 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1798 This function returns the current size of the growing object, in bytes.
1799 Remember to call this function @emph{before} finishing the object.
1800 After it is finished, @code{obstack_object_size} will return zero.
1801 @end deftypefun
1803 If you have started growing an object and wish to cancel it, you should
1804 finish it and then free it, like this:
1806 @smallexample
1807 obstack_free (obstack_ptr, obstack_finish (obstack_ptr));
1808 @end smallexample
1810 @noindent
1811 This has no effect if no object was growing.
1813 @cindex shrinking objects
1814 You can use @code{obstack_blank} with a negative size argument to make
1815 the current object smaller.  Just don't try to shrink it beyond zero
1816 length---there's no telling what will happen if you do that.
1818 @node Extra Fast Growing
1819 @subsubsection Extra Fast Growing Objects
1820 @cindex efficiency and obstacks
1822 The usual functions for growing objects incur overhead for checking
1823 whether there is room for the new growth in the current chunk.  If you
1824 are frequently constructing objects in small steps of growth, this
1825 overhead can be significant.
1827 You can reduce the overhead by using special ``fast growth''
1828 functions that grow the object without checking.  In order to have a
1829 robust program, you must do the checking yourself.  If you do this checking
1830 in the simplest way each time you are about to add data to the object, you
1831 have not saved anything, because that is what the ordinary growth
1832 functions do.  But if you can arrange to check less often, or check
1833 more efficiently, then you make the program faster.
1835 The function @code{obstack_room} returns the amount of room available
1836 in the current chunk.  It is declared as follows:
1838 @comment obstack.h
1839 @comment GNU
1840 @deftypefun int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1841 This returns the number of bytes that can be added safely to the current
1842 growing object (or to an object about to be started) in obstack
1843 @var{obstack} using the fast growth functions.
1844 @end deftypefun
1846 While you know there is room, you can use these fast growth functions
1847 for adding data to a growing object:
1849 @comment obstack.h
1850 @comment GNU
1851 @deftypefun void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
1852 The function @code{obstack_1grow_fast} adds one byte containing the
1853 character @var{c} to the growing object in obstack @var{obstack-ptr}.
1854 @end deftypefun
1856 @comment obstack.h
1857 @comment GNU
1858 @deftypefun void obstack_ptr_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
1859 The function @code{obstack_ptr_grow_fast} adds @code{sizeof (void *)}
1860 bytes containing the value of @var{data} to the growing object in
1861 obstack @var{obstack-ptr}.
1862 @end deftypefun
1864 @comment obstack.h
1865 @comment GNU
1866 @deftypefun void obstack_int_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
1867 The function @code{obstack_int_grow_fast} adds @code{sizeof (int)} bytes
1868 containing the value of @var{data} to the growing object in obstack
1869 @var{obstack-ptr}.
1870 @end deftypefun
1872 @comment obstack.h
1873 @comment GNU
1874 @deftypefun void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
1875 The function @code{obstack_blank_fast} adds @var{size} bytes to the
1876 growing object in obstack @var{obstack-ptr} without initializing them.
1877 @end deftypefun
1879 When you check for space using @code{obstack_room} and there is not
1880 enough room for what you want to add, the fast growth functions
1881 are not safe.  In this case, simply use the corresponding ordinary
1882 growth function instead.  Very soon this will copy the object to a
1883 new chunk; then there will be lots of room available again.
1885 So, each time you use an ordinary growth function, check afterward for
1886 sufficient space using @code{obstack_room}.  Once the object is copied
1887 to a new chunk, there will be plenty of space again, so the program will
1888 start using the fast growth functions again.
1890 Here is an example:
1892 @smallexample
1893 @group
1894 void
1895 add_string (struct obstack *obstack, const char *ptr, int len)
1897   while (len > 0)
1898     @{
1899       int room = obstack_room (obstack);
1900       if (room == 0)
1901         @{
1902           /* @r{Not enough room. Add one character slowly,}
1903              @r{which may copy to a new chunk and make room.}  */
1904           obstack_1grow (obstack, *ptr++);
1905           len--;
1906         @}
1907       else
1908         @{
1909           if (room > len)
1910             room = len;
1911           /* @r{Add fast as much as we have room for.} */
1912           len -= room;
1913           while (room-- > 0)
1914             obstack_1grow_fast (obstack, *ptr++);
1915         @}
1916     @}
1918 @end group
1919 @end smallexample
1921 @node Status of an Obstack
1922 @subsubsection Status of an Obstack
1923 @cindex obstack status
1924 @cindex status of obstack
1926 Here are functions that provide information on the current status of
1927 allocation in an obstack.  You can use them to learn about an object while
1928 still growing it.
1930 @comment obstack.h
1931 @comment GNU
1932 @deftypefun {void *} obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1933 This function returns the tentative address of the beginning of the
1934 currently growing object in @var{obstack-ptr}.  If you finish the object
1935 immediately, it will have that address.  If you make it larger first, it
1936 may outgrow the current chunk---then its address will change!
1938 If no object is growing, this value says where the next object you
1939 allocate will start (once again assuming it fits in the current
1940 chunk).
1941 @end deftypefun
1943 @comment obstack.h
1944 @comment GNU
1945 @deftypefun {void *} obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1946 This function returns the address of the first free byte in the current
1947 chunk of obstack @var{obstack-ptr}.  This is the end of the currently
1948 growing object.  If no object is growing, @code{obstack_next_free}
1949 returns the same value as @code{obstack_base}.
1950 @end deftypefun
1952 @comment obstack.h
1953 @comment GNU
1954 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1955 This function returns the size in bytes of the currently growing object.
1956 This is equivalent to
1958 @smallexample
1959 obstack_next_free (@var{obstack-ptr}) - obstack_base (@var{obstack-ptr})
1960 @end smallexample
1961 @end deftypefun
1963 @node Obstacks Data Alignment
1964 @subsubsection Alignment of Data in Obstacks
1965 @cindex alignment (in obstacks)
1967 Each obstack has an @dfn{alignment boundary}; each object allocated in
1968 the obstack automatically starts on an address that is a multiple of the
1969 specified boundary.  By default, this boundary is 4 bytes.
1971 To access an obstack's alignment boundary, use the macro
1972 @code{obstack_alignment_mask}, whose function prototype looks like
1973 this:
1975 @comment obstack.h
1976 @comment GNU
1977 @deftypefn Macro int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1978 The value is a bit mask; a bit that is 1 indicates that the corresponding
1979 bit in the address of an object should be 0.  The mask value should be one
1980 less than a power of 2; the effect is that all object addresses are
1981 multiples of that power of 2.  The default value of the mask is 3, so that
1982 addresses are multiples of 4.  A mask value of 0 means an object can start
1983 on any multiple of 1 (that is, no alignment is required).
1985 The expansion of the macro @code{obstack_alignment_mask} is an lvalue,
1986 so you can alter the mask by assignment.  For example, this statement:
1988 @smallexample
1989 obstack_alignment_mask (obstack_ptr) = 0;
1990 @end smallexample
1992 @noindent
1993 has the effect of turning off alignment processing in the specified obstack.
1994 @end deftypefn
1996 Note that a change in alignment mask does not take effect until
1997 @emph{after} the next time an object is allocated or finished in the
1998 obstack.  If you are not growing an object, you can make the new
1999 alignment mask take effect immediately by calling @code{obstack_finish}.
2000 This will finish a zero-length object and then do proper alignment for
2001 the next object.
2003 @node Obstack Chunks
2004 @subsubsection Obstack Chunks
2005 @cindex efficiency of chunks
2006 @cindex chunks
2008 Obstacks work by allocating space for themselves in large chunks, and
2009 then parceling out space in the chunks to satisfy your requests.  Chunks
2010 are normally 4096 bytes long unless you specify a different chunk size.
2011 The chunk size includes 8 bytes of overhead that are not actually used
2012 for storing objects.  Regardless of the specified size, longer chunks
2013 will be allocated when necessary for long objects.
2015 The obstack library allocates chunks by calling the function
2016 @code{obstack_chunk_alloc}, which you must define.  When a chunk is no
2017 longer needed because you have freed all the objects in it, the obstack
2018 library frees the chunk by calling @code{obstack_chunk_free}, which you
2019 must also define.
2021 These two must be defined (as macros) or declared (as functions) in each
2022 source file that uses @code{obstack_init} (@pxref{Creating Obstacks}).
2023 Most often they are defined as macros like this:
2025 @smallexample
2026 #define obstack_chunk_alloc malloc
2027 #define obstack_chunk_free free
2028 @end smallexample
2030 Note that these are simple macros (no arguments).  Macro definitions with
2031 arguments will not work!  It is necessary that @code{obstack_chunk_alloc}
2032 or @code{obstack_chunk_free}, alone, expand into a function name if it is
2033 not itself a function name.
2035 If you allocate chunks with @code{malloc}, the chunk size should be a
2036 power of 2.  The default chunk size, 4096, was chosen because it is long
2037 enough to satisfy many typical requests on the obstack yet short enough
2038 not to waste too much memory in the portion of the last chunk not yet used.
2040 @comment obstack.h
2041 @comment GNU
2042 @deftypefn Macro int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2043 This returns the chunk size of the given obstack.
2044 @end deftypefn
2046 Since this macro expands to an lvalue, you can specify a new chunk size by
2047 assigning it a new value.  Doing so does not affect the chunks already
2048 allocated, but will change the size of chunks allocated for that particular
2049 obstack in the future.  It is unlikely to be useful to make the chunk size
2050 smaller, but making it larger might improve efficiency if you are
2051 allocating many objects whose size is comparable to the chunk size.  Here
2052 is how to do so cleanly:
2054 @smallexample
2055 if (obstack_chunk_size (obstack_ptr) < @var{new-chunk-size})
2056   obstack_chunk_size (obstack_ptr) = @var{new-chunk-size};
2057 @end smallexample
2059 @node Summary of Obstacks
2060 @subsubsection Summary of Obstack Functions
2062 Here is a summary of all the functions associated with obstacks.  Each
2063 takes the address of an obstack (@code{struct obstack *}) as its first
2064 argument.
2066 @table @code
2067 @item void obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2068 Initialize use of an obstack.  @xref{Creating Obstacks}.
2070 @item void *obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2071 Allocate an object of @var{size} uninitialized bytes.
2072 @xref{Allocation in an Obstack}.
2074 @item void *obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2075 Allocate an object of @var{size} bytes, with contents copied from
2076 @var{address}.  @xref{Allocation in an Obstack}.
2078 @item void *obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2079 Allocate an object of @var{size}+1 bytes, with @var{size} of them copied
2080 from @var{address}, followed by a null character at the end.
2081 @xref{Allocation in an Obstack}.
2083 @item void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
2084 Free @var{object} (and everything allocated in the specified obstack
2085 more recently than @var{object}).  @xref{Freeing Obstack Objects}.
2087 @item void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2088 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object.
2089 @xref{Growing Objects}.
2091 @item void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2092 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object.
2093 @xref{Growing Objects}.
2095 @item void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2096 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object,
2097 and then add another byte containing a null character.  @xref{Growing
2098 Objects}.
2100 @item void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2101 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object.
2102 @xref{Growing Objects}.
2104 @item void *obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2105 Finalize the object that is growing and return its permanent address.
2106 @xref{Growing Objects}.
2108 @item int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2109 Get the current size of the currently growing object.  @xref{Growing
2110 Objects}.
2112 @item void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2113 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object without checking
2114 that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2116 @item void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2117 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object without
2118 checking that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2120 @item int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2121 Get the amount of room now available for growing the current object.
2122 @xref{Extra Fast Growing}.
2124 @item int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2125 The mask used for aligning the beginning of an object.  This is an
2126 lvalue.  @xref{Obstacks Data Alignment}.
2128 @item int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2129 The size for allocating chunks.  This is an lvalue.  @xref{Obstack Chunks}.
2131 @item void *obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2132 Tentative starting address of the currently growing object.
2133 @xref{Status of an Obstack}.
2135 @item void *obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2136 Address just after the end of the currently growing object.
2137 @xref{Status of an Obstack}.
2138 @end table
2140 @node Variable Size Automatic
2141 @subsection Automatic Storage with Variable Size
2142 @cindex automatic freeing
2143 @cindex @code{alloca} function
2144 @cindex automatic storage with variable size
2146 The function @code{alloca} supports a kind of half-dynamic allocation in
2147 which blocks are allocated dynamically but freed automatically.
2149 Allocating a block with @code{alloca} is an explicit action; you can
2150 allocate as many blocks as you wish, and compute the size at run time.  But
2151 all the blocks are freed when you exit the function that @code{alloca} was
2152 called from, just as if they were automatic variables declared in that
2153 function.  There is no way to free the space explicitly.
2155 The prototype for @code{alloca} is in @file{stdlib.h}.  This function is
2156 a BSD extension.
2157 @pindex stdlib.h
2159 @comment stdlib.h
2160 @comment GNU, BSD
2161 @deftypefun {void *} alloca (size_t @var{size});
2162 The return value of @code{alloca} is the address of a block of @var{size}
2163 bytes of memory, allocated in the stack frame of the calling function.
2164 @end deftypefun
2166 Do not use @code{alloca} inside the arguments of a function call---you
2167 will get unpredictable results, because the stack space for the
2168 @code{alloca} would appear on the stack in the middle of the space for
2169 the function arguments.  An example of what to avoid is @code{foo (x,
2170 alloca (4), y)}.
2171 @c This might get fixed in future versions of GCC, but that won't make
2172 @c it safe with compilers generally.
2174 @menu
2175 * Alloca Example::              Example of using @code{alloca}.
2176 * Advantages of Alloca::        Reasons to use @code{alloca}.
2177 * Disadvantages of Alloca::     Reasons to avoid @code{alloca}.
2178 * GNU C Variable-Size Arrays::  Only in GNU C, here is an alternative
2179                                  method of allocating dynamically and
2180                                  freeing automatically.
2181 @end menu
2183 @node Alloca Example
2184 @subsubsection @code{alloca} Example
2186 As an example of the use of @code{alloca}, here is a function that opens
2187 a file name made from concatenating two argument strings, and returns a
2188 file descriptor or minus one signifying failure:
2190 @smallexample
2192 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2194   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2195   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2196   return open (name, flags, mode);
2198 @end smallexample
2200 @noindent
2201 Here is how you would get the same results with @code{malloc} and
2202 @code{free}:
2204 @smallexample
2206 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2208   char *name = (char *) malloc (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2209   int desc;
2210   if (name == 0)
2211     fatal ("virtual memory exceeded");
2212   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2213   desc = open (name, flags, mode);
2214   free (name);
2215   return desc;
2217 @end smallexample
2219 As you can see, it is simpler with @code{alloca}.  But @code{alloca} has
2220 other, more important advantages, and some disadvantages.
2222 @node Advantages of Alloca
2223 @subsubsection Advantages of @code{alloca}
2225 Here are the reasons why @code{alloca} may be preferable to @code{malloc}:
2227 @itemize @bullet
2228 @item
2229 Using @code{alloca} wastes very little space and is very fast.  (It is
2230 open-coded by the GNU C compiler.)
2232 @item
2233 Since @code{alloca} does not have separate pools for different sizes of
2234 block, space used for any size block can be reused for any other size.
2235 @code{alloca} does not cause memory fragmentation.
2237 @item
2238 @cindex longjmp
2239 Nonlocal exits done with @code{longjmp} (@pxref{Non-Local Exits})
2240 automatically free the space allocated with @code{alloca} when they exit
2241 through the function that called @code{alloca}.  This is the most
2242 important reason to use @code{alloca}.
2244 To illustrate this, suppose you have a function
2245 @code{open_or_report_error} which returns a descriptor, like
2246 @code{open}, if it succeeds, but does not return to its caller if it
2247 fails.  If the file cannot be opened, it prints an error message and
2248 jumps out to the command level of your program using @code{longjmp}.
2249 Let's change @code{open2} (@pxref{Alloca Example}) to use this
2250 subroutine:@refill
2252 @smallexample
2254 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2256   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2257   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2258   return open_or_report_error (name, flags, mode);
2260 @end smallexample
2262 @noindent
2263 Because of the way @code{alloca} works, the memory it allocates is
2264 freed even when an error occurs, with no special effort required.
2266 By contrast, the previous definition of @code{open2} (which uses
2267 @code{malloc} and @code{free}) would develop a memory leak if it were
2268 changed in this way.  Even if you are willing to make more changes to
2269 fix it, there is no easy way to do so.
2270 @end itemize
2272 @node Disadvantages of Alloca
2273 @subsubsection Disadvantages of @code{alloca}
2275 @cindex @code{alloca} disadvantages
2276 @cindex disadvantages of @code{alloca}
2277 These are the disadvantages of @code{alloca} in comparison with
2278 @code{malloc}:
2280 @itemize @bullet
2281 @item
2282 If you try to allocate more memory than the machine can provide, you
2283 don't get a clean error message.  Instead you get a fatal signal like
2284 the one you would get from an infinite recursion; probably a
2285 segmentation violation (@pxref{Program Error Signals}).
2287 @item
2288 Some non-GNU systems fail to support @code{alloca}, so it is less
2289 portable.  However, a slower emulation of @code{alloca} written in C
2290 is available for use on systems with this deficiency.
2291 @end itemize
2293 @node GNU C Variable-Size Arrays
2294 @subsubsection GNU C Variable-Size Arrays
2295 @cindex variable-sized arrays
2297 In GNU C, you can replace most uses of @code{alloca} with an array of
2298 variable size.  Here is how @code{open2} would look then:
2300 @smallexample
2301 int open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2303   char name[strlen (str1) + strlen (str2) + 1];
2304   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2305   return open (name, flags, mode);
2307 @end smallexample
2309 But @code{alloca} is not always equivalent to a variable-sized array, for
2310 several reasons:
2312 @itemize @bullet
2313 @item
2314 A variable size array's space is freed at the end of the scope of the
2315 name of the array.  The space allocated with @code{alloca}
2316 remains until the end of the function.
2318 @item
2319 It is possible to use @code{alloca} within a loop, allocating an
2320 additional block on each iteration.  This is impossible with
2321 variable-sized arrays.
2322 @end itemize
2324 @strong{Note:} If you mix use of @code{alloca} and variable-sized arrays
2325 within one function, exiting a scope in which a variable-sized array was
2326 declared frees all blocks allocated with @code{alloca} during the
2327 execution of that scope.
2330 @node Resizing the Data Segment
2331 @section Resizing the Data Segment
2333 The symbols in this section are declared in @file{unistd.h}.
2335 You will not normally use the functions in this section, because the
2336 functions described in @ref{Memory Allocation} are easier to use.  Those
2337 are interfaces to a GNU C Library memory allocator that uses the
2338 functions below itself.  The functions below are simple interfaces to
2339 system calls.
2341 @comment unistd.h
2342 @comment BSD
2343 @deftypefun int brk (void *@var{addr})
2345 @code{brk} sets the high end of the calling process' data segment to
2346 @var{addr}.
2348 The address of the end of a segment is defined to be the address of the
2349 last byte in the segment plus 1.
2351 The function has no effect if @var{addr} is lower than the low end of
2352 the data segment.  (This is considered success, by the way).
2354 The function fails if it would cause the data segment to overlap another
2355 segment or exceed the process' data storage limit (@pxref{Limits on
2356 Resources}).
2358 The function is named for a common historical case where data storage
2359 and the stack are in the same segment.  Data storage allocation grows
2360 upward from the bottom of the segment while the stack grows downward
2361 toward it from the top of the segment and the curtain between them is
2362 called the @dfn{break}.
2364 The return value is zero on success.  On failure, the return value is
2365 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The following @code{errno}
2366 values are specific to this function:
2368 @table @code
2369 @item ENOMEM
2370 The request would cause the data segment to overlap another segment or
2371 exceed the process' data storage limit.
2372 @end table
2374 @c The Brk system call in Linux (as opposed to the GNU C Library function)
2375 @c is considerably different.  It always returns the new end of the data
2376 @c segment, whether it succeeds or fails.  The GNU C library Brk determines
2377 @c it's a failure if and only if if the system call returns an address less
2378 @c than the address requested.
2380 @end deftypefun
2383 @comment unistd.h
2384 @comment BSD
2385 @deftypefun int sbrk (ptrdiff_t @var{delta})
2386 This function is the same as @code{brk} except that you specify the new
2387 end of the data segment as an offset @var{delta} from the current end
2388 and on success the return value is the address of the resulting end of
2389 the data segment instead of zero.
2391 This means you can use @samp{sbrk(0)} to find out what the current end
2392 of the data segment is.
2394 @end deftypefun
2398 @node Locking Pages
2399 @section Locking Pages
2400 @cindex locking pages
2401 @cindex memory lock
2402 @cindex paging
2404 You can tell the system to associate a particular virtual memory page
2405 with a real page frame and keep it that way --- i.e. cause the page to
2406 be paged in if it isn't already and mark it so it will never be paged
2407 out and consequently will never cause a page fault.  This is called
2408 @dfn{locking} a page.
2410 The functions in this chapter lock and unlock the calling process'
2411 pages.
2413 @menu
2414 * Why Lock Pages::                Reasons to read this section.
2415 * Locked Memory Details::         Everything you need to know locked
2416                                     memory
2417 * Page Lock Functions::           Here's how to do it.
2418 @end menu
2420 @node Why Lock Pages
2421 @subsection Why Lock Pages
2423 Because page faults cause paged out pages to be paged in transparently,
2424 a process rarely needs to be concerned about locking pages.  However,
2425 there are two reasons people sometimes are:
2427 @itemize @bullet
2429 @item
2430 Speed.  A page fault is transparent only insofar as the process is not
2431 sensitive to how long it takes to do a simple memory access.  Time-critical
2432 processes, especially realtime processes, may not be able to wait or
2433 may not be able to tolerate variance in execution speed.
2434 @cindex realtime processing
2435 @cindex speed of execution
2437 A process that needs to lock pages for this reason probably also needs
2438 priority among other processes for use of the CPU.  @xref{Priority}.
2440 In some cases, the programmer knows better than the system's demand
2441 paging allocator which pages should remain in real memory to optimize
2442 system performance.  In this case, locking pages can help.
2444 @item
2445 Privacy.  If you keep secrets in virtual memory and that virtual memory
2446 gets paged out, that increases the chance that the secrets will get out.
2447 If a password gets written out to disk swap space, for example, it might
2448 still be there long after virtual and real memory have been wiped clean.
2450 @end itemize
2452 Be aware that when you lock a page, that's one fewer page frame that can
2453 be used to back other virtual memory (by the same or other processes),
2454 which can mean more page faults, which means the system runs more
2455 slowly.  In fact, if you lock enough memory, some programs may not be
2456 able to run at all for lack of real memory.
2458 @node Locked Memory Details
2459 @subsection Locked Memory Details
2461 A memory lock is associated with a virtual page, not a real frame.  The
2462 paging rule is: If a frame backs at least one locked page, don't page it
2463 out.
2465 Memory locks do not stack.  I.e. you can't lock a particular page twice
2466 so that it has to be unlocked twice before it is truly unlocked.  It is
2467 either locked or it isn't.
2469 A memory lock persists until the process that owns the memory explicitly
2470 unlocks it.  (But process termination and exec cause the virtual memory
2471 to cease to exist, which you might say means it isn't locked any more).
2473 Memory locks are not inherited by child processes.  (But note that on a
2474 modern Unix system, immediately after a fork, the parent's and the
2475 child's virtual address space are backed by the same real page frames,
2476 so the child enjoys the parent's locks).  @xref{Creating a Process}.
2478 Because of its ability to impact other processes, only the superuser can
2479 lock a page.  Any process can unlock its own page.
2481 The system sets limits on the amount of memory a process can have locked
2482 and the amount of real memory it can have dedicated to it.  @xref{Limits
2483 on Resources}.
2485 In Linux, locked pages aren't as locked as you might think.
2486 Two virtual pages that are not shared memory can nonetheless be backed
2487 by the same real frame.  The kernel does this in the name of efficiency
2488 when it knows both virtual pages contain identical data, and does it
2489 even if one or both of the virtual pages are locked.
2491 But when a process modifies one of those pages, the kernel must get it a
2492 separate frame and fill it with the page's data.  This is known as a
2493 @dfn{copy-on-write page fault}.  It takes a small amount of time and in
2494 a pathological case, getting that frame may require I/O.
2495 @cindex copy-on-write page fault
2496 @cindex page fault, copy-on-write
2498 To make sure this doesn't happen to your program, don't just lock the
2499 pages.  Write to them as well, unless you know you won't write to them
2500 ever.  And to make sure you have pre-allocated frames for your stack,
2501 enter a scope that declares a C automatic variable larger than the
2502 maximum stack size you will need, set it to something, then return from
2503 its scope.
2505 @node Page Lock Functions
2506 @subsection Functions To Lock And Unlock Pages
2508 The symbols in this section are declared in @file{sys/mman.h}.  These
2509 functions are defined by POSIX.1b, but their availability depends on
2510 your kernel.  If your kernel doesn't allow these functions, they exist
2511 but always fail.  They @emph{are} available with a Linux kernel.
2513 @strong{Portability Note:} POSIX.1b requires that when the @code{mlock}
2514 and @code{munlock} functions are available, the file @file{unistd.h}
2515 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK_RANGE} and the file
2516 @code{limits.h} define the macro @code{PAGESIZE} to be the size of a
2517 memory page in bytes.  It requires that when the @code{mlockall} and
2518 @code{munlockall} functions are available, the @file{unistd.h} file
2519 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK}.  The GNU C library conforms to
2520 this requirement.
2522 @comment sys/mman.h
2523 @comment POSIX.1b
2524 @deftypefun int mlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
2526 @code{mlock} locks a range of the calling process' virtual pages.
2528 The range of memory starts at address @var{addr} and is @var{len} bytes
2529 long.  Actually, since you must lock whole pages, it is the range of
2530 pages that include any part of the specified range.
2532 When the function returns successfully, each of those pages is backed by
2533 (connected to) a real frame (is resident) and is marked to stay that
2534 way.  This means the function may cause page-ins and have to wait for
2535 them.
2537 When the function fails, it does not affect the lock status of any
2538 pages.
2540 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
2541 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
2542 specific to this function are:
2544 @table @code
2545 @item ENOMEM
2546 @itemize @bullet
2547 @item
2548 At least some of the specified address range does not exist in the
2549 calling process' virtual address space.
2550 @item
2551 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
2552 @end itemize
2554 @item EPERM
2555 The calling process is not superuser.
2557 @item EINVAL
2558 @var{len} is not positive.
2560 @item ENOSYS
2561 The kernel does not provide @code{mlock} capability.
2563 @end table
2565 You can lock @emph{all} a process' memory with @code{mlockall}.  You
2566 unlock memory with @code{munlock} or @code{munlockall}.
2568 To avoid all page faults in a C program, you have to use
2569 @code{mlockall}, because some of the memory a program uses is hidden
2570 from the C code, e.g. the stack and automatic variables, and you
2571 wouldn't know what address to tell @code{mlock}.
2573 @end deftypefun
2575 @comment sys/mman.h
2576 @comment POSIX.1b
2577 @deftypefun int munlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
2579 @code{mlock} unlocks a range of the calling process' virtual pages.
2581 @code{munlock} is the inverse of @code{mlock} and functions completely
2582 analogously to @code{mlock}, except that there is no @code{EPERM}
2583 failure.
2585 @end deftypefun
2587 @comment sys/mman.h
2588 @comment POSIX.1b
2589 @deftypefun int mlockall (int @var{flags})
2591 @code{mlockall} locks all the pages in a process' virtual memory address
2592 space, and/or any that are added to it in the future.  This includes the
2593 pages of the code, data and stack segment, as well as shared libraries,
2594 user space kernel data, shared memory, and memory mapped files.
2596 @var{flags} is a string of single bit flags represented by the following
2597 macros.  They tell @code{mlockall} which of its functions you want.  All
2598 other bits must be zero.
2600 @table @code
2602 @item MCL_CURRENT
2603 Lock all pages which currently exist in the calling process' virtual
2604 address space.
2606 @item MCL_FUTURE
2607 Set a mode such that any pages added to the process' virtual address
2608 space in the future will be locked from birth.  This mode does not
2609 affect future address spaces owned by the same process so exec, which
2610 replaces a process' address space, wipes out @code{MCL_FUTURE}.
2611 @xref{Executing a File}.
2613 @end table
2615 When the function returns successfully, and you specified
2616 @code{MCL_CURRENT}, all of the process' pages are backed by (connected
2617 to) real frames (they are resident) and are marked to stay that way.
2618 This means the function may cause page-ins and have to wait for them.
2620 When the process is in @code{MCL_FUTURE} mode because it successfully
2621 executed this function and specified @code{MCL_CURRENT}, any system call
2622 by the process that requires space be added to its virtual address space
2623 fails with @code{errno} = @code{ENOMEM} if locking the additional space
2624 would cause the process to exceed its locked page limit.  In the case
2625 that the address space addition that can't be accommodated is stack
2626 expansion, the stack expansion fails and the kernel sends a
2627 @code{SIGSEGV} signal to the process.
2629 When the function fails, it does not affect the lock status of any pages
2630 or the future locking mode.
2632 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
2633 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
2634 specific to this function are:
2636 @table @code
2637 @item ENOMEM
2638 @itemize @bullet
2639 @item
2640 At least some of the specified address range does not exist in the
2641 calling process' virtual address space.
2642 @item
2643 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
2644 @end itemize
2646 @item EPERM
2647 The calling process is not superuser.
2649 @item EINVAL
2650 Undefined bits in @var{flags} are not zero.
2652 @item ENOSYS
2653 The kernel does not provide @code{mlockall} capability.
2655 @end table
2657 You can lock just specific pages with @code{mlock}.  You unlock pages
2658 with @code{munlockall} and @code{munlock}.
2660 @end deftypefun
2663 @comment sys/mman.h
2664 @comment POSIX.1b
2665 @deftypefun int munlockall (void)
2667 @code{munlockall} unlocks every page in the calling process' virtual
2668 address space and turn off @code{MCL_FUTURE} future locking mode.
2670 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
2671 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The only way this
2672 function can fail is for generic reasons that all functions and system
2673 calls can fail, so there are no specific @code{errno} values.
2675 @end deftypefun
2680 @ignore
2681 @c This was never actually implemented.  -zw
2682 @node Relocating Allocator
2683 @section Relocating Allocator
2685 @cindex relocating memory allocator
2686 Any system of dynamic memory allocation has overhead: the amount of
2687 space it uses is more than the amount the program asks for.  The
2688 @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by moving
2689 blocks in memory as necessary, on its own initiative.
2691 @c @menu
2692 @c * Relocator Concepts::               How to understand relocating allocation.
2693 @c * Using Relocator::          Functions for relocating allocation.
2694 @c @end menu
2696 @node Relocator Concepts
2697 @subsection Concepts of Relocating Allocation
2699 @ifinfo
2700 The @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by
2701 moving blocks in memory as necessary, on its own initiative.
2702 @end ifinfo
2704 When you allocate a block with @code{malloc}, the address of the block
2705 never changes unless you use @code{realloc} to change its size.  Thus,
2706 you can safely store the address in various places, temporarily or
2707 permanently, as you like.  This is not safe when you use the relocating
2708 memory allocator, because any and all relocatable blocks can move
2709 whenever you allocate memory in any fashion.  Even calling @code{malloc}
2710 or @code{realloc} can move the relocatable blocks.
2712 @cindex handle
2713 For each relocatable block, you must make a @dfn{handle}---a pointer
2714 object in memory, designated to store the address of that block.  The
2715 relocating allocator knows where each block's handle is, and updates the
2716 address stored there whenever it moves the block, so that the handle
2717 always points to the block.  Each time you access the contents of the
2718 block, you should fetch its address anew from the handle.
2720 To call any of the relocating allocator functions from a signal handler
2721 is almost certainly incorrect, because the signal could happen at any
2722 time and relocate all the blocks.  The only way to make this safe is to
2723 block the signal around any access to the contents of any relocatable
2724 block---not a convenient mode of operation.  @xref{Nonreentrancy}.
2726 @node Using Relocator
2727 @subsection Allocating and Freeing Relocatable Blocks
2729 @pindex malloc.h
2730 In the descriptions below, @var{handleptr} designates the address of the
2731 handle.  All the functions are declared in @file{malloc.h}; all are GNU
2732 extensions.
2734 @comment malloc.h
2735 @comment GNU
2736 @c @deftypefun {void *} r_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
2737 This function allocates a relocatable block of size @var{size}.  It
2738 stores the block's address in @code{*@var{handleptr}} and returns
2739 a non-null pointer to indicate success.
2741 If @code{r_alloc} can't get the space needed, it stores a null pointer
2742 in @code{*@var{handleptr}}, and returns a null pointer.
2743 @end deftypefun
2745 @comment malloc.h
2746 @comment GNU
2747 @c @deftypefun void r_alloc_free (void **@var{handleptr})
2748 This function is the way to free a relocatable block.  It frees the
2749 block that @code{*@var{handleptr}} points to, and stores a null pointer
2750 in @code{*@var{handleptr}} to show it doesn't point to an allocated
2751 block any more.
2752 @end deftypefun
2754 @comment malloc.h
2755 @comment GNU
2756 @c @deftypefun {void *} r_re_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
2757 The function @code{r_re_alloc} adjusts the size of the block that
2758 @code{*@var{handleptr}} points to, making it @var{size} bytes long.  It
2759 stores the address of the resized block in @code{*@var{handleptr}} and
2760 returns a non-null pointer to indicate success.
2762 If enough memory is not available, this function returns a null pointer
2763 and does not modify @code{*@var{handleptr}}.
2764 @end deftypefun
2765 @end ignore
2770 @ignore
2771 @comment No longer available...
2773 @comment @node Memory Warnings
2774 @comment @section Memory Usage Warnings
2775 @comment @cindex memory usage warnings
2776 @comment @cindex warnings of memory almost full
2778 @pindex malloc.c
2779 You can ask for warnings as the program approaches running out of memory
2780 space, by calling @code{memory_warnings}.  This tells @code{malloc} to
2781 check memory usage every time it asks for more memory from the operating
2782 system.  This is a GNU extension declared in @file{malloc.h}.
2784 @comment malloc.h
2785 @comment GNU
2786 @comment @deftypefun void memory_warnings (void *@var{start}, void (*@var{warn-func}) (const char *))
2787 Call this function to request warnings for nearing exhaustion of virtual
2788 memory.
2790 The argument @var{start} says where data space begins, in memory.  The
2791 allocator compares this against the last address used and against the
2792 limit of data space, to determine the fraction of available memory in
2793 use.  If you supply zero for @var{start}, then a default value is used
2794 which is right in most circumstances.
2796 For @var{warn-func}, supply a function that @code{malloc} can call to
2797 warn you.  It is called with a string (a warning message) as argument.
2798 Normally it ought to display the string for the user to read.
2799 @end deftypefun
2801 The warnings come when memory becomes 75% full, when it becomes 85%
2802 full, and when it becomes 95% full.  Above 95% you get another warning
2803 each time memory usage increases.
2805 @end ignore