[BZ #5184]
[glibc.git] / manual / memory.texi
blobcbe147b71207dd0a9daacc2321921c611c06240c
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}.  @code{memalign} is declared in @file{malloc.h} and
621 @code{posix_memalign} is declared in @file{stdlib.h}.
623 With the GNU library, you can use @code{free} to free the blocks that
624 @code{memalign}, @code{posix_memalign}, and @code{valloc} return.  That
625 does not work in BSD, however---BSD does not provide any way to free
626 such blocks.
628 @comment malloc.h
629 @comment BSD
630 @deftypefun {void *} memalign (size_t @var{boundary}, size_t @var{size})
631 The @code{memalign} function allocates a block of @var{size} bytes whose
632 address is a multiple of @var{boundary}.  The @var{boundary} must be a
633 power of two!  The function @code{memalign} works by allocating a
634 somewhat larger block, and then returning an address within the block
635 that is on the specified boundary.
636 @end deftypefun
638 @comment stdlib.h
639 @comment POSIX
640 @deftypefun int posix_memalign (void **@var{memptr}, size_t @var{alignment}, size_t @var{size})
641 The @code{posix_memalign} function is similar to the @code{memalign}
642 function in that it returns a buffer of @var{size} bytes aligned to a
643 multiple of @var{alignment}.  But it adds one requirement to the
644 parameter @var{alignment}: the value must be a power of two multiple of
645 @code{sizeof (void *)}.
647 If the function succeeds in allocation memory a pointer to the allocated
648 memory is returned in @code{*@var{memptr}} and the return value is zero.
649 Otherwise the function returns an error value indicating the problem.
651 This function was introduced in POSIX 1003.1d.
652 @end deftypefun
654 @comment malloc.h stdlib.h
655 @comment BSD
656 @deftypefun {void *} valloc (size_t @var{size})
657 Using @code{valloc} is like using @code{memalign} and passing the page size
658 as the value of the second argument.  It is implemented like this:
660 @smallexample
661 void *
662 valloc (size_t size)
664   return memalign (getpagesize (), size);
666 @end smallexample
668 @ref{Query Memory Parameters} for more information about the memory
669 subsystem.
670 @end deftypefun
672 @node Malloc Tunable Parameters
673 @subsubsection Malloc Tunable Parameters
675 You can adjust some parameters for dynamic memory allocation with the
676 @code{mallopt} function.  This function is the general SVID/XPG
677 interface, defined in @file{malloc.h}.
678 @pindex malloc.h
680 @deftypefun int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
681 When calling @code{mallopt}, the @var{param} argument specifies the
682 parameter to be set, and @var{value} the new value to be set.  Possible
683 choices for @var{param}, as defined in @file{malloc.h}, are:
685 @table @code
686 @item M_TRIM_THRESHOLD
687 This is the minimum size (in bytes) of the top-most, releasable chunk
688 that will cause @code{sbrk} to be called with a negative argument in
689 order to return memory to the system.
690 @item M_TOP_PAD
691 This parameter determines the amount of extra memory to obtain from the
692 system when a call to @code{sbrk} is required.  It also specifies the
693 number of bytes to retain when shrinking the heap by calling @code{sbrk}
694 with a negative argument.  This provides the necessary hysteresis in
695 heap size such that excessive amounts of system calls can be avoided.
696 @item M_MMAP_THRESHOLD
697 All chunks larger than this value are allocated outside the normal
698 heap, using the @code{mmap} system call.  This way it is guaranteed
699 that the memory for these chunks can be returned to the system on
700 @code{free}.  Note that requests smaller than this threshold might still
701 be allocated via @code{mmap}.
702 @item M_MMAP_MAX
703 The maximum number of chunks to allocate with @code{mmap}.  Setting this
704 to zero disables all use of @code{mmap}.
705 @end table
707 @end deftypefun
709 @node Heap Consistency Checking
710 @subsubsection Heap Consistency Checking
712 @cindex heap consistency checking
713 @cindex consistency checking, of heap
715 You can ask @code{malloc} to check the consistency of dynamic memory by
716 using the @code{mcheck} function.  This function is a GNU extension,
717 declared in @file{mcheck.h}.
718 @pindex mcheck.h
720 @comment mcheck.h
721 @comment GNU
722 @deftypefun int mcheck (void (*@var{abortfn}) (enum mcheck_status @var{status}))
723 Calling @code{mcheck} tells @code{malloc} to perform occasional
724 consistency checks.  These will catch things such as writing
725 past the end of a block that was allocated with @code{malloc}.
727 The @var{abortfn} argument is the function to call when an inconsistency
728 is found.  If you supply a null pointer, then @code{mcheck} uses a
729 default function which prints a message and calls @code{abort}
730 (@pxref{Aborting a Program}).  The function you supply is called with
731 one argument, which says what sort of inconsistency was detected; its
732 type is described below.
734 It is too late to begin allocation checking once you have allocated
735 anything with @code{malloc}.  So @code{mcheck} does nothing in that
736 case.  The function returns @code{-1} if you call it too late, and
737 @code{0} otherwise (when it is successful).
739 The easiest way to arrange to call @code{mcheck} early enough is to use
740 the option @samp{-lmcheck} when you link your program; then you don't
741 need to modify your program source at all.  Alternatively you might use
742 a debugger to insert a call to @code{mcheck} whenever the program is
743 started, for example these gdb commands will automatically call @code{mcheck}
744 whenever the program starts:
746 @smallexample
747 (gdb) break main
748 Breakpoint 1, main (argc=2, argv=0xbffff964) at whatever.c:10
749 (gdb) command 1
750 Type commands for when breakpoint 1 is hit, one per line.
751 End with a line saying just "end".
752 >call mcheck(0)
753 >continue
754 >end
755 (gdb) @dots{}
756 @end smallexample
758 This will however only work if no initialization function of any object
759 involved calls any of the @code{malloc} functions since @code{mcheck}
760 must be called before the first such function.
762 @end deftypefun
764 @deftypefun {enum mcheck_status} mprobe (void *@var{pointer})
765 The @code{mprobe} function lets you explicitly check for inconsistencies
766 in a particular allocated block.  You must have already called
767 @code{mcheck} at the beginning of the program, to do its occasional
768 checks; calling @code{mprobe} requests an additional consistency check
769 to be done at the time of the call.
771 The argument @var{pointer} must be a pointer returned by @code{malloc}
772 or @code{realloc}.  @code{mprobe} returns a value that says what
773 inconsistency, if any, was found.  The values are described below.
774 @end deftypefun
776 @deftp {Data Type} {enum mcheck_status}
777 This enumerated type describes what kind of inconsistency was detected
778 in an allocated block, if any.  Here are the possible values:
780 @table @code
781 @item MCHECK_DISABLED
782 @code{mcheck} was not called before the first allocation.
783 No consistency checking can be done.
784 @item MCHECK_OK
785 No inconsistency detected.
786 @item MCHECK_HEAD
787 The data immediately before the block was modified.
788 This commonly happens when an array index or pointer
789 is decremented too far.
790 @item MCHECK_TAIL
791 The data immediately after the block was modified.
792 This commonly happens when an array index or pointer
793 is incremented too far.
794 @item MCHECK_FREE
795 The block was already freed.
796 @end table
797 @end deftp
799 Another possibility to check for and guard against bugs in the use of
800 @code{malloc}, @code{realloc} and @code{free} is to set the environment
801 variable @code{MALLOC_CHECK_}.  When @code{MALLOC_CHECK_} is set, a
802 special (less efficient) implementation is used which is designed to be
803 tolerant against simple errors, such as double calls of @code{free} with
804 the same argument, or overruns of a single byte (off-by-one bugs).  Not
805 all such errors can be protected against, however, and memory leaks can
806 result.  If @code{MALLOC_CHECK_} is set to @code{0}, any detected heap
807 corruption is silently ignored; if set to @code{1}, a diagnostic is
808 printed on @code{stderr}; if set to @code{2}, @code{abort} is called
809 immediately.  This can be useful because otherwise a crash may happen
810 much later, and the true cause for the problem is then very hard to
811 track down.
813 There is one problem with @code{MALLOC_CHECK_}: in SUID or SGID binaries
814 it could possibly be exploited since diverging from the normal programs
815 behavior it now writes something to the standard error descriptor.
816 Therefore the use of @code{MALLOC_CHECK_} is disabled by default for
817 SUID and SGID binaries.  It can be enabled again by the system
818 administrator by adding a file @file{/etc/suid-debug} (the content is
819 not important it could be empty).
821 So, what's the difference between using @code{MALLOC_CHECK_} and linking
822 with @samp{-lmcheck}?  @code{MALLOC_CHECK_} is orthogonal with respect to
823 @samp{-lmcheck}.  @samp{-lmcheck} has been added for backward
824 compatibility.  Both @code{MALLOC_CHECK_} and @samp{-lmcheck} should
825 uncover the same bugs - but using @code{MALLOC_CHECK_} you don't need to
826 recompile your application.
828 @node Hooks for Malloc
829 @subsubsection Memory Allocation Hooks
830 @cindex allocation hooks, for @code{malloc}
832 The GNU C library lets you modify the behavior of @code{malloc},
833 @code{realloc}, and @code{free} by specifying appropriate hook
834 functions.  You can use these hooks to help you debug programs that use
835 dynamic memory allocation, for example.
837 The hook variables are declared in @file{malloc.h}.
838 @pindex malloc.h
840 @comment malloc.h
841 @comment GNU
842 @defvar __malloc_hook
843 The value of this variable is a pointer to the function that
844 @code{malloc} uses whenever it is called.  You should define this
845 function to look like @code{malloc}; that is, like:
847 @smallexample
848 void *@var{function} (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
849 @end smallexample
851 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
852 the @code{malloc} function was called.  This value allows you to trace
853 the memory consumption of the program.
854 @end defvar
856 @comment malloc.h
857 @comment GNU
858 @defvar __realloc_hook
859 The value of this variable is a pointer to function that @code{realloc}
860 uses whenever it is called.  You should define this function to look
861 like @code{realloc}; that is, like:
863 @smallexample
864 void *@var{function} (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
865 @end smallexample
867 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
868 the @code{realloc} function was called.  This value allows you to trace the
869 memory consumption of the program.
870 @end defvar
872 @comment malloc.h
873 @comment GNU
874 @defvar __free_hook
875 The value of this variable is a pointer to function that @code{free}
876 uses whenever it is called.  You should define this function to look
877 like @code{free}; that is, like:
879 @smallexample
880 void @var{function} (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
881 @end smallexample
883 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
884 the @code{free} function was called.  This value allows you to trace the
885 memory consumption of the program.
886 @end defvar
888 @comment malloc.h
889 @comment GNU
890 @defvar __memalign_hook
891 The value of this variable is a pointer to function that @code{memalign}
892 uses whenever it is called.  You should define this function to look
893 like @code{memalign}; that is, like:
895 @smallexample
896 void *@var{function} (size_t @var{alignment}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
897 @end smallexample
899 The value of @var{caller} is the return address found on the stack when
900 the @code{memalign} function was called.  This value allows you to trace the
901 memory consumption of the program.
902 @end defvar
904 You must make sure that the function you install as a hook for one of
905 these functions does not call that function recursively without restoring
906 the old value of the hook first!  Otherwise, your program will get stuck
907 in an infinite recursion.  Before calling the function recursively, one
908 should make sure to restore all the hooks to their previous value.  When
909 coming back from the recursive call, all the hooks should be resaved
910 since a hook might modify itself.
912 @comment malloc.h
913 @comment GNU
914 @defvar __malloc_initialize_hook
915 The value of this variable is a pointer to a function that is called
916 once when the malloc implementation is initialized.  This is a weak
917 variable, so it can be overridden in the application with a definition
918 like the following:
920 @smallexample
921 void (*@var{__malloc_initialize_hook}) (void) = my_init_hook;
922 @end smallexample
923 @end defvar
925 An issue to look out for is the time at which the malloc hook functions
926 can be safely installed.  If the hook functions call the malloc-related
927 functions recursively, it is necessary that malloc has already properly
928 initialized itself at the time when @code{__malloc_hook} etc. is
929 assigned to.  On the other hand, if the hook functions provide a
930 complete malloc implementation of their own, it is vital that the hooks
931 are assigned to @emph{before} the very first @code{malloc} call has
932 completed, because otherwise a chunk obtained from the ordinary,
933 un-hooked malloc may later be handed to @code{__free_hook}, for example.
935 In both cases, the problem can be solved by setting up the hooks from
936 within a user-defined function pointed to by
937 @code{__malloc_initialize_hook}---then the hooks will be set up safely
938 at the right time.
940 Here is an example showing how to use @code{__malloc_hook} and
941 @code{__free_hook} properly.  It installs a function that prints out
942 information every time @code{malloc} or @code{free} is called.  We just
943 assume here that @code{realloc} and @code{memalign} are not used in our
944 program.
946 @smallexample
947 /* Prototypes for __malloc_hook, __free_hook */
948 #include <malloc.h>
950 /* Prototypes for our hooks.  */
951 static void my_init_hook (void);
952 static void *my_malloc_hook (size_t, const void *);
953 static void my_free_hook (void*, const void *);
955 /* Override initializing hook from the C library. */
956 void (*__malloc_initialize_hook) (void) = my_init_hook;
958 static void
959 my_init_hook (void)
961   old_malloc_hook = __malloc_hook;
962   old_free_hook = __free_hook;
963   __malloc_hook = my_malloc_hook;
964   __free_hook = my_free_hook;
967 static void *
968 my_malloc_hook (size_t size, const void *caller)
970   void *result;
971   /* Restore all old hooks */
972   __malloc_hook = old_malloc_hook;
973   __free_hook = old_free_hook;
974   /* Call recursively */
975   result = malloc (size);
976   /* Save underlying hooks */
977   old_malloc_hook = __malloc_hook;
978   old_free_hook = __free_hook;
979   /* @r{@code{printf} might call @code{malloc}, so protect it too.} */
980   printf ("malloc (%u) returns %p\n", (unsigned int) size, result);
981   /* Restore our own hooks */
982   __malloc_hook = my_malloc_hook;
983   __free_hook = my_free_hook;
984   return result;
987 static void
988 my_free_hook (void *ptr, const void *caller)
990   /* Restore all old hooks */
991   __malloc_hook = old_malloc_hook;
992   __free_hook = old_free_hook;
993   /* Call recursively */
994   free (ptr);
995   /* Save underlying hooks */
996   old_malloc_hook = __malloc_hook;
997   old_free_hook = __free_hook;
998   /* @r{@code{printf} might call @code{free}, so protect it too.} */
999   printf ("freed pointer %p\n", ptr);
1000   /* Restore our own hooks */
1001   __malloc_hook = my_malloc_hook;
1002   __free_hook = my_free_hook;
1005 main ()
1007   @dots{}
1009 @end smallexample
1011 The @code{mcheck} function (@pxref{Heap Consistency Checking}) works by
1012 installing such hooks.
1014 @c __morecore, __after_morecore_hook are undocumented
1015 @c It's not clear whether to document them.
1017 @node Statistics of Malloc
1018 @subsubsection Statistics for Memory Allocation with @code{malloc}
1020 @cindex allocation statistics
1021 You can get information about dynamic memory allocation by calling the
1022 @code{mallinfo} function.  This function and its associated data type
1023 are declared in @file{malloc.h}; they are an extension of the standard
1024 SVID/XPG version.
1025 @pindex malloc.h
1027 @comment malloc.h
1028 @comment GNU
1029 @deftp {Data Type} {struct mallinfo}
1030 This structure type is used to return information about the dynamic
1031 memory allocator.  It contains the following members:
1033 @table @code
1034 @item int arena
1035 This is the total size of memory allocated with @code{sbrk} by
1036 @code{malloc}, in bytes.
1038 @item int ordblks
1039 This is the number of chunks not in use.  (The memory allocator
1040 internally gets chunks of memory from the operating system, and then
1041 carves them up to satisfy individual @code{malloc} requests; see
1042 @ref{Efficiency and Malloc}.)
1044 @item int smblks
1045 This field is unused.
1047 @item int hblks
1048 This is the total number of chunks allocated with @code{mmap}.
1050 @item int hblkhd
1051 This is the total size of memory allocated with @code{mmap}, in bytes.
1053 @item int usmblks
1054 This field is unused.
1056 @item int fsmblks
1057 This field is unused.
1059 @item int uordblks
1060 This is the total size of memory occupied by chunks handed out by
1061 @code{malloc}.
1063 @item int fordblks
1064 This is the total size of memory occupied by free (not in use) chunks.
1066 @item int keepcost
1067 This is the size of the top-most releasable chunk that normally
1068 borders the end of the heap (i.e., the high end of the virtual address
1069 space's data segment).
1071 @end table
1072 @end deftp
1074 @comment malloc.h
1075 @comment SVID
1076 @deftypefun {struct mallinfo} mallinfo (void)
1077 This function returns information about the current dynamic memory usage
1078 in a structure of type @code{struct mallinfo}.
1079 @end deftypefun
1081 @node Summary of Malloc
1082 @subsubsection Summary of @code{malloc}-Related Functions
1084 Here is a summary of the functions that work with @code{malloc}:
1086 @table @code
1087 @item void *malloc (size_t @var{size})
1088 Allocate a block of @var{size} bytes.  @xref{Basic Allocation}.
1090 @item void free (void *@var{addr})
1091 Free a block previously allocated by @code{malloc}.  @xref{Freeing after
1092 Malloc}.
1094 @item void *realloc (void *@var{addr}, size_t @var{size})
1095 Make a block previously allocated by @code{malloc} larger or smaller,
1096 possibly by copying it to a new location.  @xref{Changing Block Size}.
1098 @item void *calloc (size_t @var{count}, size_t @var{eltsize})
1099 Allocate a block of @var{count} * @var{eltsize} bytes using
1100 @code{malloc}, and set its contents to zero.  @xref{Allocating Cleared
1101 Space}.
1103 @item void *valloc (size_t @var{size})
1104 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on a page boundary.
1105 @xref{Aligned Memory Blocks}.
1107 @item void *memalign (size_t @var{size}, size_t @var{boundary})
1108 Allocate a block of @var{size} bytes, starting on an address that is a
1109 multiple of @var{boundary}.  @xref{Aligned Memory Blocks}.
1111 @item int mallopt (int @var{param}, int @var{value})
1112 Adjust a tunable parameter.  @xref{Malloc Tunable Parameters}.
1114 @item int mcheck (void (*@var{abortfn}) (void))
1115 Tell @code{malloc} to perform occasional consistency checks on
1116 dynamically allocated memory, and to call @var{abortfn} when an
1117 inconsistency is found.  @xref{Heap Consistency Checking}.
1119 @item void *(*__malloc_hook) (size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1120 A pointer to a function that @code{malloc} uses whenever it is called.
1122 @item void *(*__realloc_hook) (void *@var{ptr}, size_t @var{size}, const void *@var{caller})
1123 A pointer to a function that @code{realloc} uses whenever it is called.
1125 @item void (*__free_hook) (void *@var{ptr}, const void *@var{caller})
1126 A pointer to a function that @code{free} uses whenever it is called.
1128 @item void (*__memalign_hook) (size_t @var{size}, size_t @var{alignment}, const void *@var{caller})
1129 A pointer to a function that @code{memalign} uses whenever it is called.
1131 @item struct mallinfo mallinfo (void)
1132 Return information about the current dynamic memory usage.
1133 @xref{Statistics of Malloc}.
1134 @end table
1136 @node Allocation Debugging
1137 @subsection Allocation Debugging
1138 @cindex allocation debugging
1139 @cindex malloc debugger
1141 A complicated task when programming with languages which do not use
1142 garbage collected dynamic memory allocation is to find memory leaks.
1143 Long running programs must assure that dynamically allocated objects are
1144 freed at the end of their lifetime.  If this does not happen the system
1145 runs out of memory, sooner or later.
1147 The @code{malloc} implementation in the GNU C library provides some
1148 simple means to detect such leaks and obtain some information to find
1149 the location.  To do this the application must be started in a special
1150 mode which is enabled by an environment variable.  There are no speed
1151 penalties for the program if the debugging mode is not enabled.
1153 @menu
1154 * Tracing malloc::               How to install the tracing functionality.
1155 * Using the Memory Debugger::    Example programs excerpts.
1156 * Tips for the Memory Debugger:: Some more or less clever ideas.
1157 * Interpreting the traces::      What do all these lines mean?
1158 @end menu
1160 @node Tracing malloc
1161 @subsubsection How to install the tracing functionality
1163 @comment mcheck.h
1164 @comment GNU
1165 @deftypefun void mtrace (void)
1166 When the @code{mtrace} function is called it looks for an environment
1167 variable named @code{MALLOC_TRACE}.  This variable is supposed to
1168 contain a valid file name.  The user must have write access.  If the
1169 file already exists it is truncated.  If the environment variable is not
1170 set or it does not name a valid file which can be opened for writing
1171 nothing is done.  The behavior of @code{malloc} etc. is not changed.
1172 For obvious reasons this also happens if the application is installed
1173 with the SUID or SGID bit set.
1175 If the named file is successfully opened, @code{mtrace} installs special
1176 handlers for the functions @code{malloc}, @code{realloc}, and
1177 @code{free} (@pxref{Hooks for Malloc}).  From then on, all uses of these
1178 functions are traced and protocolled into the file.  There is now of
1179 course a speed penalty for all calls to the traced functions so tracing
1180 should not be enabled during normal use.
1182 This function is a GNU extension and generally not available on other
1183 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1184 @end deftypefun
1186 @comment mcheck.h
1187 @comment GNU
1188 @deftypefun void muntrace (void)
1189 The @code{muntrace} function can be called after @code{mtrace} was used
1190 to enable tracing the @code{malloc} calls.  If no (successful) call of
1191 @code{mtrace} was made @code{muntrace} does nothing.
1193 Otherwise it deinstalls the handlers for @code{malloc}, @code{realloc},
1194 and @code{free} and then closes the protocol file.  No calls are
1195 protocolled anymore and the program runs again at full speed.
1197 This function is a GNU extension and generally not available on other
1198 systems.  The prototype can be found in @file{mcheck.h}.
1199 @end deftypefun
1201 @node Using the Memory Debugger
1202 @subsubsection Example program excerpts
1204 Even though the tracing functionality does not influence the runtime
1205 behavior of the program it is not a good idea to call @code{mtrace} in
1206 all programs.  Just imagine that you debug a program using @code{mtrace}
1207 and all other programs used in the debugging session also trace their
1208 @code{malloc} calls.  The output file would be the same for all programs
1209 and thus is unusable.  Therefore one should call @code{mtrace} only if
1210 compiled for debugging.  A program could therefore start like this:
1212 @example
1213 #include <mcheck.h>
1216 main (int argc, char *argv[])
1218 #ifdef DEBUGGING
1219   mtrace ();
1220 #endif
1221   @dots{}
1223 @end example
1225 This is all what is needed if you want to trace the calls during the
1226 whole runtime of the program.  Alternatively you can stop the tracing at
1227 any time with a call to @code{muntrace}.  It is even possible to restart
1228 the tracing again with a new call to @code{mtrace}.  But this can cause
1229 unreliable results since there may be calls of the functions which are
1230 not called.  Please note that not only the application uses the traced
1231 functions, also libraries (including the C library itself) use these
1232 functions.
1234 This last point is also why it is no good idea to call @code{muntrace}
1235 before the program terminated.  The libraries are informed about the
1236 termination of the program only after the program returns from
1237 @code{main} or calls @code{exit} and so cannot free the memory they use
1238 before this time.
1240 So the best thing one can do is to call @code{mtrace} as the very first
1241 function in the program and never call @code{muntrace}.  So the program
1242 traces almost all uses of the @code{malloc} functions (except those
1243 calls which are executed by constructors of the program or used
1244 libraries).
1246 @node Tips for the Memory Debugger
1247 @subsubsection Some more or less clever ideas
1249 You know the situation.  The program is prepared for debugging and in
1250 all debugging sessions it runs well.  But once it is started without
1251 debugging the error shows up.  A typical example is a memory leak that
1252 becomes visible only when we turn off the debugging.  If you foresee
1253 such situations you can still win.  Simply use something equivalent to
1254 the following little program:
1256 @example
1257 #include <mcheck.h>
1258 #include <signal.h>
1260 static void
1261 enable (int sig)
1263   mtrace ();
1264   signal (SIGUSR1, enable);
1267 static void
1268 disable (int sig)
1270   muntrace ();
1271   signal (SIGUSR2, disable);
1275 main (int argc, char *argv[])
1277   @dots{}
1279   signal (SIGUSR1, enable);
1280   signal (SIGUSR2, disable);
1282   @dots{}
1284 @end example
1286 I.e., the user can start the memory debugger any time s/he wants if the
1287 program was started with @code{MALLOC_TRACE} set in the environment.
1288 The output will of course not show the allocations which happened before
1289 the first signal but if there is a memory leak this will show up
1290 nevertheless.
1292 @node Interpreting the traces
1293 @subsubsection Interpreting the traces
1295 If you take a look at the output it will look similar to this:
1297 @example
1298 = Start
1299 @ [0x8048209] - 0x8064cc8
1300 @ [0x8048209] - 0x8064ce0
1301 @ [0x8048209] - 0x8064cf8
1302 @ [0x80481eb] + 0x8064c48 0x14
1303 @ [0x80481eb] + 0x8064c60 0x14
1304 @ [0x80481eb] + 0x8064c78 0x14
1305 @ [0x80481eb] + 0x8064c90 0x14
1306 = End
1307 @end example
1309 What this all means is not really important since the trace file is not
1310 meant to be read by a human.  Therefore no attention is given to
1311 readability.  Instead there is a program which comes with the GNU C
1312 library which interprets the traces and outputs a summary in an
1313 user-friendly way.  The program is called @code{mtrace} (it is in fact a
1314 Perl script) and it takes one or two arguments.  In any case the name of
1315 the file with the trace output must be specified.  If an optional
1316 argument precedes the name of the trace file this must be the name of
1317 the program which generated the trace.
1319 @example
1320 drepper$ mtrace tst-mtrace log
1321 No memory leaks.
1322 @end example
1324 In this case the program @code{tst-mtrace} was run and it produced a
1325 trace file @file{log}.  The message printed by @code{mtrace} shows there
1326 are no problems with the code, all allocated memory was freed
1327 afterwards.
1329 If we call @code{mtrace} on the example trace given above we would get a
1330 different outout:
1332 @example
1333 drepper$ mtrace errlog
1334 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd 0x8048209
1335 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd 0x8048209
1336 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd 0x8048209
1338 Memory not freed:
1339 -----------------
1340    Address     Size     Caller
1341 0x08064c48     0x14  at 0x80481eb
1342 0x08064c60     0x14  at 0x80481eb
1343 0x08064c78     0x14  at 0x80481eb
1344 0x08064c90     0x14  at 0x80481eb
1345 @end example
1347 We have called @code{mtrace} with only one argument and so the script
1348 has no chance to find out what is meant with the addresses given in the
1349 trace.  We can do better:
1351 @example
1352 drepper$ mtrace tst errlog
1353 - 0x08064cc8 Free 2 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1354 - 0x08064ce0 Free 3 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1355 - 0x08064cf8 Free 4 was never alloc'd /home/drepper/tst.c:39
1357 Memory not freed:
1358 -----------------
1359    Address     Size     Caller
1360 0x08064c48     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1361 0x08064c60     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1362 0x08064c78     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1363 0x08064c90     0x14  at /home/drepper/tst.c:33
1364 @end example
1366 Suddenly the output makes much more sense and the user can see
1367 immediately where the function calls causing the trouble can be found.
1369 Interpreting this output is not complicated.  There are at most two
1370 different situations being detected.  First, @code{free} was called for
1371 pointers which were never returned by one of the allocation functions.
1372 This is usually a very bad problem and what this looks like is shown in
1373 the first three lines of the output.  Situations like this are quite
1374 rare and if they appear they show up very drastically: the program
1375 normally crashes.
1377 The other situation which is much harder to detect are memory leaks.  As
1378 you can see in the output the @code{mtrace} function collects all this
1379 information and so can say that the program calls an allocation function
1380 from line 33 in the source file @file{/home/drepper/tst-mtrace.c} four
1381 times without freeing this memory before the program terminates.
1382 Whether this is a real problem remains to be investigated.
1384 @node Obstacks
1385 @subsection Obstacks
1386 @cindex obstacks
1388 An @dfn{obstack} is a pool of memory containing a stack of objects.  You
1389 can create any number of separate obstacks, and then allocate objects in
1390 specified obstacks.  Within each obstack, the last object allocated must
1391 always be the first one freed, but distinct obstacks are independent of
1392 each other.
1394 Aside from this one constraint of order of freeing, obstacks are totally
1395 general: an obstack can contain any number of objects of any size.  They
1396 are implemented with macros, so allocation is usually very fast as long as
1397 the objects are usually small.  And the only space overhead per object is
1398 the padding needed to start each object on a suitable boundary.
1400 @menu
1401 * Creating Obstacks::           How to declare an obstack in your program.
1402 * Preparing for Obstacks::      Preparations needed before you can
1403                                  use obstacks.
1404 * Allocation in an Obstack::    Allocating objects in an obstack.
1405 * Freeing Obstack Objects::     Freeing objects in an obstack.
1406 * Obstack Functions::           The obstack functions are both
1407                                  functions and macros.
1408 * Growing Objects::             Making an object bigger by stages.
1409 * Extra Fast Growing::          Extra-high-efficiency (though more
1410                                  complicated) growing objects.
1411 * Status of an Obstack::        Inquiries about the status of an obstack.
1412 * Obstacks Data Alignment::     Controlling alignment of objects in obstacks.
1413 * Obstack Chunks::              How obstacks obtain and release chunks;
1414                                  efficiency considerations.
1415 * Summary of Obstacks::
1416 @end menu
1418 @node Creating Obstacks
1419 @subsubsection Creating Obstacks
1421 The utilities for manipulating obstacks are declared in the header
1422 file @file{obstack.h}.
1423 @pindex obstack.h
1425 @comment obstack.h
1426 @comment GNU
1427 @deftp {Data Type} {struct obstack}
1428 An obstack is represented by a data structure of type @code{struct
1429 obstack}.  This structure has a small fixed size; it records the status
1430 of the obstack and how to find the space in which objects are allocated.
1431 It does not contain any of the objects themselves.  You should not try
1432 to access the contents of the structure directly; use only the functions
1433 described in this chapter.
1434 @end deftp
1436 You can declare variables of type @code{struct obstack} and use them as
1437 obstacks, or you can allocate obstacks dynamically like any other kind
1438 of object.  Dynamic allocation of obstacks allows your program to have a
1439 variable number of different stacks.  (You can even allocate an
1440 obstack structure in another obstack, but this is rarely useful.)
1442 All the functions that work with obstacks require you to specify which
1443 obstack to use.  You do this with a pointer of type @code{struct obstack
1444 *}.  In the following, we often say ``an obstack'' when strictly
1445 speaking the object at hand is such a pointer.
1447 The objects in the obstack are packed into large blocks called
1448 @dfn{chunks}.  The @code{struct obstack} structure points to a chain of
1449 the chunks currently in use.
1451 The obstack library obtains a new chunk whenever you allocate an object
1452 that won't fit in the previous chunk.  Since the obstack library manages
1453 chunks automatically, you don't need to pay much attention to them, but
1454 you do need to supply a function which the obstack library should use to
1455 get a chunk.  Usually you supply a function which uses @code{malloc}
1456 directly or indirectly.  You must also supply a function to free a chunk.
1457 These matters are described in the following section.
1459 @node Preparing for Obstacks
1460 @subsubsection Preparing for Using Obstacks
1462 Each source file in which you plan to use the obstack functions
1463 must include the header file @file{obstack.h}, like this:
1465 @smallexample
1466 #include <obstack.h>
1467 @end smallexample
1469 @findex obstack_chunk_alloc
1470 @findex obstack_chunk_free
1471 Also, if the source file uses the macro @code{obstack_init}, it must
1472 declare or define two functions or macros that will be called by the
1473 obstack library.  One, @code{obstack_chunk_alloc}, is used to allocate
1474 the chunks of memory into which objects are packed.  The other,
1475 @code{obstack_chunk_free}, is used to return chunks when the objects in
1476 them are freed.  These macros should appear before any use of obstacks
1477 in the source file.
1479 Usually these are defined to use @code{malloc} via the intermediary
1480 @code{xmalloc} (@pxref{Unconstrained Allocation}).  This is done with
1481 the following pair of macro definitions:
1483 @smallexample
1484 #define obstack_chunk_alloc xmalloc
1485 #define obstack_chunk_free free
1486 @end smallexample
1488 @noindent
1489 Though the memory you get using obstacks really comes from @code{malloc},
1490 using obstacks is faster because @code{malloc} is called less often, for
1491 larger blocks of memory.  @xref{Obstack Chunks}, for full details.
1493 At run time, before the program can use a @code{struct obstack} object
1494 as an obstack, it must initialize the obstack by calling
1495 @code{obstack_init}.
1497 @comment obstack.h
1498 @comment GNU
1499 @deftypefun int obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1500 Initialize obstack @var{obstack-ptr} for allocation of objects.  This
1501 function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function.  If
1502 allocation of memory fails, the function pointed to by
1503 @code{obstack_alloc_failed_handler} is called.  The @code{obstack_init}
1504 function always returns 1 (Compatibility notice: Former versions of
1505 obstack returned 0 if allocation failed).
1506 @end deftypefun
1508 Here are two examples of how to allocate the space for an obstack and
1509 initialize it.  First, an obstack that is a static variable:
1511 @smallexample
1512 static struct obstack myobstack;
1513 @dots{}
1514 obstack_init (&myobstack);
1515 @end smallexample
1517 @noindent
1518 Second, an obstack that is itself dynamically allocated:
1520 @smallexample
1521 struct obstack *myobstack_ptr
1522   = (struct obstack *) xmalloc (sizeof (struct obstack));
1524 obstack_init (myobstack_ptr);
1525 @end smallexample
1527 @comment obstack.h
1528 @comment GNU
1529 @defvar obstack_alloc_failed_handler
1530 The value of this variable is a pointer to a function that
1531 @code{obstack} uses when @code{obstack_chunk_alloc} fails to allocate
1532 memory.  The default action is to print a message and abort.
1533 You should supply a function that either calls @code{exit}
1534 (@pxref{Program Termination}) or @code{longjmp} (@pxref{Non-Local
1535 Exits}) and doesn't return.
1537 @smallexample
1538 void my_obstack_alloc_failed (void)
1539 @dots{}
1540 obstack_alloc_failed_handler = &my_obstack_alloc_failed;
1541 @end smallexample
1543 @end defvar
1545 @node Allocation in an Obstack
1546 @subsubsection Allocation in an Obstack
1547 @cindex allocation (obstacks)
1549 The most direct way to allocate an object in an obstack is with
1550 @code{obstack_alloc}, which is invoked almost like @code{malloc}.
1552 @comment obstack.h
1553 @comment GNU
1554 @deftypefun {void *} obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
1555 This allocates an uninitialized block of @var{size} bytes in an obstack
1556 and returns its address.  Here @var{obstack-ptr} specifies which obstack
1557 to allocate the block in; it is the address of the @code{struct obstack}
1558 object which represents the obstack.  Each obstack function or macro
1559 requires you to specify an @var{obstack-ptr} as the first argument.
1561 This function calls the obstack's @code{obstack_chunk_alloc} function if
1562 it needs to allocate a new chunk of memory; it calls
1563 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
1564 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
1565 @end deftypefun
1567 For example, here is a function that allocates a copy of a string @var{str}
1568 in a specific obstack, which is in the variable @code{string_obstack}:
1570 @smallexample
1571 struct obstack string_obstack;
1573 char *
1574 copystring (char *string)
1576   size_t len = strlen (string) + 1;
1577   char *s = (char *) obstack_alloc (&string_obstack, len);
1578   memcpy (s, string, len);
1579   return s;
1581 @end smallexample
1583 To allocate a block with specified contents, use the function
1584 @code{obstack_copy}, declared like this:
1586 @comment obstack.h
1587 @comment GNU
1588 @deftypefun {void *} obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
1589 This allocates a block and initializes it by copying @var{size}
1590 bytes of data starting at @var{address}.  It calls
1591 @code{obstack_alloc_failed_handler} if allocation of memory by
1592 @code{obstack_chunk_alloc} failed.
1593 @end deftypefun
1595 @comment obstack.h
1596 @comment GNU
1597 @deftypefun {void *} obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
1598 Like @code{obstack_copy}, but appends an extra byte containing a null
1599 character.  This extra byte is not counted in the argument @var{size}.
1600 @end deftypefun
1602 The @code{obstack_copy0} function is convenient for copying a sequence
1603 of characters into an obstack as a null-terminated string.  Here is an
1604 example of its use:
1606 @smallexample
1607 char *
1608 obstack_savestring (char *addr, int size)
1610   return obstack_copy0 (&myobstack, addr, size);
1612 @end smallexample
1614 @noindent
1615 Contrast this with the previous example of @code{savestring} using
1616 @code{malloc} (@pxref{Basic Allocation}).
1618 @node Freeing Obstack Objects
1619 @subsubsection Freeing Objects in an Obstack
1620 @cindex freeing (obstacks)
1622 To free an object allocated in an obstack, use the function
1623 @code{obstack_free}.  Since the obstack is a stack of objects, freeing
1624 one object automatically frees all other objects allocated more recently
1625 in the same obstack.
1627 @comment obstack.h
1628 @comment GNU
1629 @deftypefun void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
1630 If @var{object} is a null pointer, everything allocated in the obstack
1631 is freed.  Otherwise, @var{object} must be the address of an object
1632 allocated in the obstack.  Then @var{object} is freed, along with
1633 everything allocated in @var{obstack} since @var{object}.
1634 @end deftypefun
1636 Note that if @var{object} is a null pointer, the result is an
1637 uninitialized obstack.  To free all memory in an obstack but leave it
1638 valid for further allocation, call @code{obstack_free} with the address
1639 of the first object allocated on the obstack:
1641 @smallexample
1642 obstack_free (obstack_ptr, first_object_allocated_ptr);
1643 @end smallexample
1645 Recall that the objects in an obstack are grouped into chunks.  When all
1646 the objects in a chunk become free, the obstack library automatically
1647 frees the chunk (@pxref{Preparing for Obstacks}).  Then other
1648 obstacks, or non-obstack allocation, can reuse the space of the chunk.
1650 @node Obstack Functions
1651 @subsubsection Obstack Functions and Macros
1652 @cindex macros
1654 The interfaces for using obstacks may be defined either as functions or
1655 as macros, depending on the compiler.  The obstack facility works with
1656 all C compilers, including both @w{ISO C} and traditional C, but there are
1657 precautions you must take if you plan to use compilers other than GNU C.
1659 If you are using an old-fashioned @w{non-ISO C} compiler, all the obstack
1660 ``functions'' are actually defined only as macros.  You can call these
1661 macros like functions, but you cannot use them in any other way (for
1662 example, you cannot take their address).
1664 Calling the macros requires a special precaution: namely, the first
1665 operand (the obstack pointer) may not contain any side effects, because
1666 it may be computed more than once.  For example, if you write this:
1668 @smallexample
1669 obstack_alloc (get_obstack (), 4);
1670 @end smallexample
1672 @noindent
1673 you will find that @code{get_obstack} may be called several times.
1674 If you use @code{*obstack_list_ptr++} as the obstack pointer argument,
1675 you will get very strange results since the incrementation may occur
1676 several times.
1678 In @w{ISO C}, each function has both a macro definition and a function
1679 definition.  The function definition is used if you take the address of the
1680 function without calling it.  An ordinary call uses the macro definition by
1681 default, but you can request the function definition instead by writing the
1682 function name in parentheses, as shown here:
1684 @smallexample
1685 char *x;
1686 void *(*funcp) ();
1687 /* @r{Use the macro}.  */
1688 x = (char *) obstack_alloc (obptr, size);
1689 /* @r{Call the function}.  */
1690 x = (char *) (obstack_alloc) (obptr, size);
1691 /* @r{Take the address of the function}.  */
1692 funcp = obstack_alloc;
1693 @end smallexample
1695 @noindent
1696 This is the same situation that exists in @w{ISO C} for the standard library
1697 functions.  @xref{Macro Definitions}.
1699 @strong{Warning:} When you do use the macros, you must observe the
1700 precaution of avoiding side effects in the first operand, even in @w{ISO C}.
1702 If you use the GNU C compiler, this precaution is not necessary, because
1703 various language extensions in GNU C permit defining the macros so as to
1704 compute each argument only once.
1706 @node Growing Objects
1707 @subsubsection Growing Objects
1708 @cindex growing objects (in obstacks)
1709 @cindex changing the size of a block (obstacks)
1711 Because memory in obstack chunks is used sequentially, it is possible to
1712 build up an object step by step, adding one or more bytes at a time to the
1713 end of the object.  With this technique, you do not need to know how much
1714 data you will put in the object until you come to the end of it.  We call
1715 this the technique of @dfn{growing objects}.  The special functions
1716 for adding data to the growing object are described in this section.
1718 You don't need to do anything special when you start to grow an object.
1719 Using one of the functions to add data to the object automatically
1720 starts it.  However, it is necessary to say explicitly when the object is
1721 finished.  This is done with the function @code{obstack_finish}.
1723 The actual address of the object thus built up is not known until the
1724 object is finished.  Until then, it always remains possible that you will
1725 add so much data that the object must be copied into a new chunk.
1727 While the obstack is in use for a growing object, you cannot use it for
1728 ordinary allocation of another object.  If you try to do so, the space
1729 already added to the growing object will become part of the other object.
1731 @comment obstack.h
1732 @comment GNU
1733 @deftypefun void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
1734 The most basic function for adding to a growing object is
1735 @code{obstack_blank}, which adds space without initializing it.
1736 @end deftypefun
1738 @comment obstack.h
1739 @comment GNU
1740 @deftypefun void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
1741 To add a block of initialized space, use @code{obstack_grow}, which is
1742 the growing-object analogue of @code{obstack_copy}.  It adds @var{size}
1743 bytes of data to the growing object, copying the contents from
1744 @var{data}.
1745 @end deftypefun
1747 @comment obstack.h
1748 @comment GNU
1749 @deftypefun void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data}, int @var{size})
1750 This is the growing-object analogue of @code{obstack_copy0}.  It adds
1751 @var{size} bytes copied from @var{data}, followed by an additional null
1752 character.
1753 @end deftypefun
1755 @comment obstack.h
1756 @comment GNU
1757 @deftypefun void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
1758 To add one character at a time, use the function @code{obstack_1grow}.
1759 It adds a single byte containing @var{c} to the growing object.
1760 @end deftypefun
1762 @comment obstack.h
1763 @comment GNU
1764 @deftypefun void obstack_ptr_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
1765 Adding the value of a pointer one can use the function
1766 @code{obstack_ptr_grow}.  It adds @code{sizeof (void *)} bytes
1767 containing the value of @var{data}.
1768 @end deftypefun
1770 @comment obstack.h
1771 @comment GNU
1772 @deftypefun void obstack_int_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
1773 A single value of type @code{int} can be added by using the
1774 @code{obstack_int_grow} function.  It adds @code{sizeof (int)} bytes to
1775 the growing object and initializes them with the value of @var{data}.
1776 @end deftypefun
1778 @comment obstack.h
1779 @comment GNU
1780 @deftypefun {void *} obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1781 When you are finished growing the object, use the function
1782 @code{obstack_finish} to close it off and return its final address.
1784 Once you have finished the object, the obstack is available for ordinary
1785 allocation or for growing another object.
1787 This function can return a null pointer under the same conditions as
1788 @code{obstack_alloc} (@pxref{Allocation in an Obstack}).
1789 @end deftypefun
1791 When you build an object by growing it, you will probably need to know
1792 afterward how long it became.  You need not keep track of this as you grow
1793 the object, because you can find out the length from the obstack just
1794 before finishing the object with the function @code{obstack_object_size},
1795 declared as follows:
1797 @comment obstack.h
1798 @comment GNU
1799 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1800 This function returns the current size of the growing object, in bytes.
1801 Remember to call this function @emph{before} finishing the object.
1802 After it is finished, @code{obstack_object_size} will return zero.
1803 @end deftypefun
1805 If you have started growing an object and wish to cancel it, you should
1806 finish it and then free it, like this:
1808 @smallexample
1809 obstack_free (obstack_ptr, obstack_finish (obstack_ptr));
1810 @end smallexample
1812 @noindent
1813 This has no effect if no object was growing.
1815 @cindex shrinking objects
1816 You can use @code{obstack_blank} with a negative size argument to make
1817 the current object smaller.  Just don't try to shrink it beyond zero
1818 length---there's no telling what will happen if you do that.
1820 @node Extra Fast Growing
1821 @subsubsection Extra Fast Growing Objects
1822 @cindex efficiency and obstacks
1824 The usual functions for growing objects incur overhead for checking
1825 whether there is room for the new growth in the current chunk.  If you
1826 are frequently constructing objects in small steps of growth, this
1827 overhead can be significant.
1829 You can reduce the overhead by using special ``fast growth''
1830 functions that grow the object without checking.  In order to have a
1831 robust program, you must do the checking yourself.  If you do this checking
1832 in the simplest way each time you are about to add data to the object, you
1833 have not saved anything, because that is what the ordinary growth
1834 functions do.  But if you can arrange to check less often, or check
1835 more efficiently, then you make the program faster.
1837 The function @code{obstack_room} returns the amount of room available
1838 in the current chunk.  It is declared as follows:
1840 @comment obstack.h
1841 @comment GNU
1842 @deftypefun int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1843 This returns the number of bytes that can be added safely to the current
1844 growing object (or to an object about to be started) in obstack
1845 @var{obstack} using the fast growth functions.
1846 @end deftypefun
1848 While you know there is room, you can use these fast growth functions
1849 for adding data to a growing object:
1851 @comment obstack.h
1852 @comment GNU
1853 @deftypefun void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{c})
1854 The function @code{obstack_1grow_fast} adds one byte containing the
1855 character @var{c} to the growing object in obstack @var{obstack-ptr}.
1856 @end deftypefun
1858 @comment obstack.h
1859 @comment GNU
1860 @deftypefun void obstack_ptr_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{data})
1861 The function @code{obstack_ptr_grow_fast} adds @code{sizeof (void *)}
1862 bytes containing the value of @var{data} to the growing object in
1863 obstack @var{obstack-ptr}.
1864 @end deftypefun
1866 @comment obstack.h
1867 @comment GNU
1868 @deftypefun void obstack_int_grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{data})
1869 The function @code{obstack_int_grow_fast} adds @code{sizeof (int)} bytes
1870 containing the value of @var{data} to the growing object in obstack
1871 @var{obstack-ptr}.
1872 @end deftypefun
1874 @comment obstack.h
1875 @comment GNU
1876 @deftypefun void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
1877 The function @code{obstack_blank_fast} adds @var{size} bytes to the
1878 growing object in obstack @var{obstack-ptr} without initializing them.
1879 @end deftypefun
1881 When you check for space using @code{obstack_room} and there is not
1882 enough room for what you want to add, the fast growth functions
1883 are not safe.  In this case, simply use the corresponding ordinary
1884 growth function instead.  Very soon this will copy the object to a
1885 new chunk; then there will be lots of room available again.
1887 So, each time you use an ordinary growth function, check afterward for
1888 sufficient space using @code{obstack_room}.  Once the object is copied
1889 to a new chunk, there will be plenty of space again, so the program will
1890 start using the fast growth functions again.
1892 Here is an example:
1894 @smallexample
1895 @group
1896 void
1897 add_string (struct obstack *obstack, const char *ptr, int len)
1899   while (len > 0)
1900     @{
1901       int room = obstack_room (obstack);
1902       if (room == 0)
1903         @{
1904           /* @r{Not enough room. Add one character slowly,}
1905              @r{which may copy to a new chunk and make room.}  */
1906           obstack_1grow (obstack, *ptr++);
1907           len--;
1908         @}
1909       else
1910         @{
1911           if (room > len)
1912             room = len;
1913           /* @r{Add fast as much as we have room for.} */
1914           len -= room;
1915           while (room-- > 0)
1916             obstack_1grow_fast (obstack, *ptr++);
1917         @}
1918     @}
1920 @end group
1921 @end smallexample
1923 @node Status of an Obstack
1924 @subsubsection Status of an Obstack
1925 @cindex obstack status
1926 @cindex status of obstack
1928 Here are functions that provide information on the current status of
1929 allocation in an obstack.  You can use them to learn about an object while
1930 still growing it.
1932 @comment obstack.h
1933 @comment GNU
1934 @deftypefun {void *} obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1935 This function returns the tentative address of the beginning of the
1936 currently growing object in @var{obstack-ptr}.  If you finish the object
1937 immediately, it will have that address.  If you make it larger first, it
1938 may outgrow the current chunk---then its address will change!
1940 If no object is growing, this value says where the next object you
1941 allocate will start (once again assuming it fits in the current
1942 chunk).
1943 @end deftypefun
1945 @comment obstack.h
1946 @comment GNU
1947 @deftypefun {void *} obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1948 This function returns the address of the first free byte in the current
1949 chunk of obstack @var{obstack-ptr}.  This is the end of the currently
1950 growing object.  If no object is growing, @code{obstack_next_free}
1951 returns the same value as @code{obstack_base}.
1952 @end deftypefun
1954 @comment obstack.h
1955 @comment GNU
1956 @deftypefun int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1957 This function returns the size in bytes of the currently growing object.
1958 This is equivalent to
1960 @smallexample
1961 obstack_next_free (@var{obstack-ptr}) - obstack_base (@var{obstack-ptr})
1962 @end smallexample
1963 @end deftypefun
1965 @node Obstacks Data Alignment
1966 @subsubsection Alignment of Data in Obstacks
1967 @cindex alignment (in obstacks)
1969 Each obstack has an @dfn{alignment boundary}; each object allocated in
1970 the obstack automatically starts on an address that is a multiple of the
1971 specified boundary.  By default, this boundary is aligned so that
1972 the object can hold any type of data.
1974 To access an obstack's alignment boundary, use the macro
1975 @code{obstack_alignment_mask}, whose function prototype looks like
1976 this:
1978 @comment obstack.h
1979 @comment GNU
1980 @deftypefn Macro int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
1981 The value is a bit mask; a bit that is 1 indicates that the corresponding
1982 bit in the address of an object should be 0.  The mask value should be one
1983 less than a power of 2; the effect is that all object addresses are
1984 multiples of that power of 2.  The default value of the mask is a value
1985 that allows aligned objects to hold any type of data: for example, if
1986 its value is 3, any type of data can be stored at locations whose
1987 addresses are multiples of 4.  A mask value of 0 means an object can start
1988 on any multiple of 1 (that is, no alignment is required).
1990 The expansion of the macro @code{obstack_alignment_mask} is an lvalue,
1991 so you can alter the mask by assignment.  For example, this statement:
1993 @smallexample
1994 obstack_alignment_mask (obstack_ptr) = 0;
1995 @end smallexample
1997 @noindent
1998 has the effect of turning off alignment processing in the specified obstack.
1999 @end deftypefn
2001 Note that a change in alignment mask does not take effect until
2002 @emph{after} the next time an object is allocated or finished in the
2003 obstack.  If you are not growing an object, you can make the new
2004 alignment mask take effect immediately by calling @code{obstack_finish}.
2005 This will finish a zero-length object and then do proper alignment for
2006 the next object.
2008 @node Obstack Chunks
2009 @subsubsection Obstack Chunks
2010 @cindex efficiency of chunks
2011 @cindex chunks
2013 Obstacks work by allocating space for themselves in large chunks, and
2014 then parceling out space in the chunks to satisfy your requests.  Chunks
2015 are normally 4096 bytes long unless you specify a different chunk size.
2016 The chunk size includes 8 bytes of overhead that are not actually used
2017 for storing objects.  Regardless of the specified size, longer chunks
2018 will be allocated when necessary for long objects.
2020 The obstack library allocates chunks by calling the function
2021 @code{obstack_chunk_alloc}, which you must define.  When a chunk is no
2022 longer needed because you have freed all the objects in it, the obstack
2023 library frees the chunk by calling @code{obstack_chunk_free}, which you
2024 must also define.
2026 These two must be defined (as macros) or declared (as functions) in each
2027 source file that uses @code{obstack_init} (@pxref{Creating Obstacks}).
2028 Most often they are defined as macros like this:
2030 @smallexample
2031 #define obstack_chunk_alloc malloc
2032 #define obstack_chunk_free free
2033 @end smallexample
2035 Note that these are simple macros (no arguments).  Macro definitions with
2036 arguments will not work!  It is necessary that @code{obstack_chunk_alloc}
2037 or @code{obstack_chunk_free}, alone, expand into a function name if it is
2038 not itself a function name.
2040 If you allocate chunks with @code{malloc}, the chunk size should be a
2041 power of 2.  The default chunk size, 4096, was chosen because it is long
2042 enough to satisfy many typical requests on the obstack yet short enough
2043 not to waste too much memory in the portion of the last chunk not yet used.
2045 @comment obstack.h
2046 @comment GNU
2047 @deftypefn Macro int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2048 This returns the chunk size of the given obstack.
2049 @end deftypefn
2051 Since this macro expands to an lvalue, you can specify a new chunk size by
2052 assigning it a new value.  Doing so does not affect the chunks already
2053 allocated, but will change the size of chunks allocated for that particular
2054 obstack in the future.  It is unlikely to be useful to make the chunk size
2055 smaller, but making it larger might improve efficiency if you are
2056 allocating many objects whose size is comparable to the chunk size.  Here
2057 is how to do so cleanly:
2059 @smallexample
2060 if (obstack_chunk_size (obstack_ptr) < @var{new-chunk-size})
2061   obstack_chunk_size (obstack_ptr) = @var{new-chunk-size};
2062 @end smallexample
2064 @node Summary of Obstacks
2065 @subsubsection Summary of Obstack Functions
2067 Here is a summary of all the functions associated with obstacks.  Each
2068 takes the address of an obstack (@code{struct obstack *}) as its first
2069 argument.
2071 @table @code
2072 @item void obstack_init (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2073 Initialize use of an obstack.  @xref{Creating Obstacks}.
2075 @item void *obstack_alloc (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2076 Allocate an object of @var{size} uninitialized bytes.
2077 @xref{Allocation in an Obstack}.
2079 @item void *obstack_copy (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2080 Allocate an object of @var{size} bytes, with contents copied from
2081 @var{address}.  @xref{Allocation in an Obstack}.
2083 @item void *obstack_copy0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2084 Allocate an object of @var{size}+1 bytes, with @var{size} of them copied
2085 from @var{address}, followed by a null character at the end.
2086 @xref{Allocation in an Obstack}.
2088 @item void obstack_free (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{object})
2089 Free @var{object} (and everything allocated in the specified obstack
2090 more recently than @var{object}).  @xref{Freeing Obstack Objects}.
2092 @item void obstack_blank (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2093 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object.
2094 @xref{Growing Objects}.
2096 @item void obstack_grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2097 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object.
2098 @xref{Growing Objects}.
2100 @item void obstack_grow0 (struct obstack *@var{obstack-ptr}, void *@var{address}, int @var{size})
2101 Add @var{size} bytes, copied from @var{address}, to a growing object,
2102 and then add another byte containing a null character.  @xref{Growing
2103 Objects}.
2105 @item void obstack_1grow (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2106 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object.
2107 @xref{Growing Objects}.
2109 @item void *obstack_finish (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2110 Finalize the object that is growing and return its permanent address.
2111 @xref{Growing Objects}.
2113 @item int obstack_object_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2114 Get the current size of the currently growing object.  @xref{Growing
2115 Objects}.
2117 @item void obstack_blank_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, int @var{size})
2118 Add @var{size} uninitialized bytes to a growing object without checking
2119 that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2121 @item void obstack_1grow_fast (struct obstack *@var{obstack-ptr}, char @var{data-char})
2122 Add one byte containing @var{data-char} to a growing object without
2123 checking that there is enough room.  @xref{Extra Fast Growing}.
2125 @item int obstack_room (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2126 Get the amount of room now available for growing the current object.
2127 @xref{Extra Fast Growing}.
2129 @item int obstack_alignment_mask (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2130 The mask used for aligning the beginning of an object.  This is an
2131 lvalue.  @xref{Obstacks Data Alignment}.
2133 @item int obstack_chunk_size (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2134 The size for allocating chunks.  This is an lvalue.  @xref{Obstack Chunks}.
2136 @item void *obstack_base (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2137 Tentative starting address of the currently growing object.
2138 @xref{Status of an Obstack}.
2140 @item void *obstack_next_free (struct obstack *@var{obstack-ptr})
2141 Address just after the end of the currently growing object.
2142 @xref{Status of an Obstack}.
2143 @end table
2145 @node Variable Size Automatic
2146 @subsection Automatic Storage with Variable Size
2147 @cindex automatic freeing
2148 @cindex @code{alloca} function
2149 @cindex automatic storage with variable size
2151 The function @code{alloca} supports a kind of half-dynamic allocation in
2152 which blocks are allocated dynamically but freed automatically.
2154 Allocating a block with @code{alloca} is an explicit action; you can
2155 allocate as many blocks as you wish, and compute the size at run time.  But
2156 all the blocks are freed when you exit the function that @code{alloca} was
2157 called from, just as if they were automatic variables declared in that
2158 function.  There is no way to free the space explicitly.
2160 The prototype for @code{alloca} is in @file{stdlib.h}.  This function is
2161 a BSD extension.
2162 @pindex stdlib.h
2164 @comment stdlib.h
2165 @comment GNU, BSD
2166 @deftypefun {void *} alloca (size_t @var{size});
2167 The return value of @code{alloca} is the address of a block of @var{size}
2168 bytes of memory, allocated in the stack frame of the calling function.
2169 @end deftypefun
2171 Do not use @code{alloca} inside the arguments of a function call---you
2172 will get unpredictable results, because the stack space for the
2173 @code{alloca} would appear on the stack in the middle of the space for
2174 the function arguments.  An example of what to avoid is @code{foo (x,
2175 alloca (4), y)}.
2176 @c This might get fixed in future versions of GCC, but that won't make
2177 @c it safe with compilers generally.
2179 @menu
2180 * Alloca Example::              Example of using @code{alloca}.
2181 * Advantages of Alloca::        Reasons to use @code{alloca}.
2182 * Disadvantages of Alloca::     Reasons to avoid @code{alloca}.
2183 * GNU C Variable-Size Arrays::  Only in GNU C, here is an alternative
2184                                  method of allocating dynamically and
2185                                  freeing automatically.
2186 @end menu
2188 @node Alloca Example
2189 @subsubsection @code{alloca} Example
2191 As an example of the use of @code{alloca}, here is a function that opens
2192 a file name made from concatenating two argument strings, and returns a
2193 file descriptor or minus one signifying failure:
2195 @smallexample
2197 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2199   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2200   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2201   return open (name, flags, mode);
2203 @end smallexample
2205 @noindent
2206 Here is how you would get the same results with @code{malloc} and
2207 @code{free}:
2209 @smallexample
2211 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2213   char *name = (char *) malloc (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2214   int desc;
2215   if (name == 0)
2216     fatal ("virtual memory exceeded");
2217   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2218   desc = open (name, flags, mode);
2219   free (name);
2220   return desc;
2222 @end smallexample
2224 As you can see, it is simpler with @code{alloca}.  But @code{alloca} has
2225 other, more important advantages, and some disadvantages.
2227 @node Advantages of Alloca
2228 @subsubsection Advantages of @code{alloca}
2230 Here are the reasons why @code{alloca} may be preferable to @code{malloc}:
2232 @itemize @bullet
2233 @item
2234 Using @code{alloca} wastes very little space and is very fast.  (It is
2235 open-coded by the GNU C compiler.)
2237 @item
2238 Since @code{alloca} does not have separate pools for different sizes of
2239 block, space used for any size block can be reused for any other size.
2240 @code{alloca} does not cause memory fragmentation.
2242 @item
2243 @cindex longjmp
2244 Nonlocal exits done with @code{longjmp} (@pxref{Non-Local Exits})
2245 automatically free the space allocated with @code{alloca} when they exit
2246 through the function that called @code{alloca}.  This is the most
2247 important reason to use @code{alloca}.
2249 To illustrate this, suppose you have a function
2250 @code{open_or_report_error} which returns a descriptor, like
2251 @code{open}, if it succeeds, but does not return to its caller if it
2252 fails.  If the file cannot be opened, it prints an error message and
2253 jumps out to the command level of your program using @code{longjmp}.
2254 Let's change @code{open2} (@pxref{Alloca Example}) to use this
2255 subroutine:@refill
2257 @smallexample
2259 open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2261   char *name = (char *) alloca (strlen (str1) + strlen (str2) + 1);
2262   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2263   return open_or_report_error (name, flags, mode);
2265 @end smallexample
2267 @noindent
2268 Because of the way @code{alloca} works, the memory it allocates is
2269 freed even when an error occurs, with no special effort required.
2271 By contrast, the previous definition of @code{open2} (which uses
2272 @code{malloc} and @code{free}) would develop a memory leak if it were
2273 changed in this way.  Even if you are willing to make more changes to
2274 fix it, there is no easy way to do so.
2275 @end itemize
2277 @node Disadvantages of Alloca
2278 @subsubsection Disadvantages of @code{alloca}
2280 @cindex @code{alloca} disadvantages
2281 @cindex disadvantages of @code{alloca}
2282 These are the disadvantages of @code{alloca} in comparison with
2283 @code{malloc}:
2285 @itemize @bullet
2286 @item
2287 If you try to allocate more memory than the machine can provide, you
2288 don't get a clean error message.  Instead you get a fatal signal like
2289 the one you would get from an infinite recursion; probably a
2290 segmentation violation (@pxref{Program Error Signals}).
2292 @item
2293 Some non-GNU systems fail to support @code{alloca}, so it is less
2294 portable.  However, a slower emulation of @code{alloca} written in C
2295 is available for use on systems with this deficiency.
2296 @end itemize
2298 @node GNU C Variable-Size Arrays
2299 @subsubsection GNU C Variable-Size Arrays
2300 @cindex variable-sized arrays
2302 In GNU C, you can replace most uses of @code{alloca} with an array of
2303 variable size.  Here is how @code{open2} would look then:
2305 @smallexample
2306 int open2 (char *str1, char *str2, int flags, int mode)
2308   char name[strlen (str1) + strlen (str2) + 1];
2309   stpcpy (stpcpy (name, str1), str2);
2310   return open (name, flags, mode);
2312 @end smallexample
2314 But @code{alloca} is not always equivalent to a variable-sized array, for
2315 several reasons:
2317 @itemize @bullet
2318 @item
2319 A variable size array's space is freed at the end of the scope of the
2320 name of the array.  The space allocated with @code{alloca}
2321 remains until the end of the function.
2323 @item
2324 It is possible to use @code{alloca} within a loop, allocating an
2325 additional block on each iteration.  This is impossible with
2326 variable-sized arrays.
2327 @end itemize
2329 @strong{Note:} If you mix use of @code{alloca} and variable-sized arrays
2330 within one function, exiting a scope in which a variable-sized array was
2331 declared frees all blocks allocated with @code{alloca} during the
2332 execution of that scope.
2335 @node Resizing the Data Segment
2336 @section Resizing the Data Segment
2338 The symbols in this section are declared in @file{unistd.h}.
2340 You will not normally use the functions in this section, because the
2341 functions described in @ref{Memory Allocation} are easier to use.  Those
2342 are interfaces to a GNU C Library memory allocator that uses the
2343 functions below itself.  The functions below are simple interfaces to
2344 system calls.
2346 @comment unistd.h
2347 @comment BSD
2348 @deftypefun int brk (void *@var{addr})
2350 @code{brk} sets the high end of the calling process' data segment to
2351 @var{addr}.
2353 The address of the end of a segment is defined to be the address of the
2354 last byte in the segment plus 1.
2356 The function has no effect if @var{addr} is lower than the low end of
2357 the data segment.  (This is considered success, by the way).
2359 The function fails if it would cause the data segment to overlap another
2360 segment or exceed the process' data storage limit (@pxref{Limits on
2361 Resources}).
2363 The function is named for a common historical case where data storage
2364 and the stack are in the same segment.  Data storage allocation grows
2365 upward from the bottom of the segment while the stack grows downward
2366 toward it from the top of the segment and the curtain between them is
2367 called the @dfn{break}.
2369 The return value is zero on success.  On failure, the return value is
2370 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The following @code{errno}
2371 values are specific to this function:
2373 @table @code
2374 @item ENOMEM
2375 The request would cause the data segment to overlap another segment or
2376 exceed the process' data storage limit.
2377 @end table
2379 @c The Brk system call in Linux (as opposed to the GNU C Library function)
2380 @c is considerably different.  It always returns the new end of the data
2381 @c segment, whether it succeeds or fails.  The GNU C library Brk determines
2382 @c it's a failure if and only if if the system call returns an address less
2383 @c than the address requested.
2385 @end deftypefun
2388 @comment unistd.h
2389 @comment BSD
2390 @deftypefun void *sbrk (ptrdiff_t @var{delta})
2391 This function is the same as @code{brk} except that you specify the new
2392 end of the data segment as an offset @var{delta} from the current end
2393 and on success the return value is the address of the resulting end of
2394 the data segment instead of zero.
2396 This means you can use @samp{sbrk(0)} to find out what the current end
2397 of the data segment is.
2399 @end deftypefun
2403 @node Locking Pages
2404 @section Locking Pages
2405 @cindex locking pages
2406 @cindex memory lock
2407 @cindex paging
2409 You can tell the system to associate a particular virtual memory page
2410 with a real page frame and keep it that way --- i.e., cause the page to
2411 be paged in if it isn't already and mark it so it will never be paged
2412 out and consequently will never cause a page fault.  This is called
2413 @dfn{locking} a page.
2415 The functions in this chapter lock and unlock the calling process'
2416 pages.
2418 @menu
2419 * Why Lock Pages::                Reasons to read this section.
2420 * Locked Memory Details::         Everything you need to know locked
2421                                     memory
2422 * Page Lock Functions::           Here's how to do it.
2423 @end menu
2425 @node Why Lock Pages
2426 @subsection Why Lock Pages
2428 Because page faults cause paged out pages to be paged in transparently,
2429 a process rarely needs to be concerned about locking pages.  However,
2430 there are two reasons people sometimes are:
2432 @itemize @bullet
2434 @item
2435 Speed.  A page fault is transparent only insofar as the process is not
2436 sensitive to how long it takes to do a simple memory access.  Time-critical
2437 processes, especially realtime processes, may not be able to wait or
2438 may not be able to tolerate variance in execution speed.
2439 @cindex realtime processing
2440 @cindex speed of execution
2442 A process that needs to lock pages for this reason probably also needs
2443 priority among other processes for use of the CPU.  @xref{Priority}.
2445 In some cases, the programmer knows better than the system's demand
2446 paging allocator which pages should remain in real memory to optimize
2447 system performance.  In this case, locking pages can help.
2449 @item
2450 Privacy.  If you keep secrets in virtual memory and that virtual memory
2451 gets paged out, that increases the chance that the secrets will get out.
2452 If a password gets written out to disk swap space, for example, it might
2453 still be there long after virtual and real memory have been wiped clean.
2455 @end itemize
2457 Be aware that when you lock a page, that's one fewer page frame that can
2458 be used to back other virtual memory (by the same or other processes),
2459 which can mean more page faults, which means the system runs more
2460 slowly.  In fact, if you lock enough memory, some programs may not be
2461 able to run at all for lack of real memory.
2463 @node Locked Memory Details
2464 @subsection Locked Memory Details
2466 A memory lock is associated with a virtual page, not a real frame.  The
2467 paging rule is: If a frame backs at least one locked page, don't page it
2468 out.
2470 Memory locks do not stack.  I.e., you can't lock a particular page twice
2471 so that it has to be unlocked twice before it is truly unlocked.  It is
2472 either locked or it isn't.
2474 A memory lock persists until the process that owns the memory explicitly
2475 unlocks it.  (But process termination and exec cause the virtual memory
2476 to cease to exist, which you might say means it isn't locked any more).
2478 Memory locks are not inherited by child processes.  (But note that on a
2479 modern Unix system, immediately after a fork, the parent's and the
2480 child's virtual address space are backed by the same real page frames,
2481 so the child enjoys the parent's locks).  @xref{Creating a Process}.
2483 Because of its ability to impact other processes, only the superuser can
2484 lock a page.  Any process can unlock its own page.
2486 The system sets limits on the amount of memory a process can have locked
2487 and the amount of real memory it can have dedicated to it.  @xref{Limits
2488 on Resources}.
2490 In Linux, locked pages aren't as locked as you might think.
2491 Two virtual pages that are not shared memory can nonetheless be backed
2492 by the same real frame.  The kernel does this in the name of efficiency
2493 when it knows both virtual pages contain identical data, and does it
2494 even if one or both of the virtual pages are locked.
2496 But when a process modifies one of those pages, the kernel must get it a
2497 separate frame and fill it with the page's data.  This is known as a
2498 @dfn{copy-on-write page fault}.  It takes a small amount of time and in
2499 a pathological case, getting that frame may require I/O.
2500 @cindex copy-on-write page fault
2501 @cindex page fault, copy-on-write
2503 To make sure this doesn't happen to your program, don't just lock the
2504 pages.  Write to them as well, unless you know you won't write to them
2505 ever.  And to make sure you have pre-allocated frames for your stack,
2506 enter a scope that declares a C automatic variable larger than the
2507 maximum stack size you will need, set it to something, then return from
2508 its scope.
2510 @node Page Lock Functions
2511 @subsection Functions To Lock And Unlock Pages
2513 The symbols in this section are declared in @file{sys/mman.h}.  These
2514 functions are defined by POSIX.1b, but their availability depends on
2515 your kernel.  If your kernel doesn't allow these functions, they exist
2516 but always fail.  They @emph{are} available with a Linux kernel.
2518 @strong{Portability Note:} POSIX.1b requires that when the @code{mlock}
2519 and @code{munlock} functions are available, the file @file{unistd.h}
2520 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK_RANGE} and the file
2521 @code{limits.h} define the macro @code{PAGESIZE} to be the size of a
2522 memory page in bytes.  It requires that when the @code{mlockall} and
2523 @code{munlockall} functions are available, the @file{unistd.h} file
2524 define the macro @code{_POSIX_MEMLOCK}.  The GNU C library conforms to
2525 this requirement.
2527 @comment sys/mman.h
2528 @comment POSIX.1b
2529 @deftypefun int mlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
2531 @code{mlock} locks a range of the calling process' virtual pages.
2533 The range of memory starts at address @var{addr} and is @var{len} bytes
2534 long.  Actually, since you must lock whole pages, it is the range of
2535 pages that include any part of the specified range.
2537 When the function returns successfully, each of those pages is backed by
2538 (connected to) a real frame (is resident) and is marked to stay that
2539 way.  This means the function may cause page-ins and have to wait for
2540 them.
2542 When the function fails, it does not affect the lock status of any
2543 pages.
2545 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
2546 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
2547 specific to this function are:
2549 @table @code
2550 @item ENOMEM
2551 @itemize @bullet
2552 @item
2553 At least some of the specified address range does not exist in the
2554 calling process' virtual address space.
2555 @item
2556 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
2557 @end itemize
2559 @item EPERM
2560 The calling process is not superuser.
2562 @item EINVAL
2563 @var{len} is not positive.
2565 @item ENOSYS
2566 The kernel does not provide @code{mlock} capability.
2568 @end table
2570 You can lock @emph{all} a process' memory with @code{mlockall}.  You
2571 unlock memory with @code{munlock} or @code{munlockall}.
2573 To avoid all page faults in a C program, you have to use
2574 @code{mlockall}, because some of the memory a program uses is hidden
2575 from the C code, e.g. the stack and automatic variables, and you
2576 wouldn't know what address to tell @code{mlock}.
2578 @end deftypefun
2580 @comment sys/mman.h
2581 @comment POSIX.1b
2582 @deftypefun int munlock (const void *@var{addr}, size_t @var{len})
2584 @code{munlock} unlocks a range of the calling process' virtual pages.
2586 @code{munlock} is the inverse of @code{mlock} and functions completely
2587 analogously to @code{mlock}, except that there is no @code{EPERM}
2588 failure.
2590 @end deftypefun
2592 @comment sys/mman.h
2593 @comment POSIX.1b
2594 @deftypefun int mlockall (int @var{flags})
2596 @code{mlockall} locks all the pages in a process' virtual memory address
2597 space, and/or any that are added to it in the future.  This includes the
2598 pages of the code, data and stack segment, as well as shared libraries,
2599 user space kernel data, shared memory, and memory mapped files.
2601 @var{flags} is a string of single bit flags represented by the following
2602 macros.  They tell @code{mlockall} which of its functions you want.  All
2603 other bits must be zero.
2605 @table @code
2607 @item MCL_CURRENT
2608 Lock all pages which currently exist in the calling process' virtual
2609 address space.
2611 @item MCL_FUTURE
2612 Set a mode such that any pages added to the process' virtual address
2613 space in the future will be locked from birth.  This mode does not
2614 affect future address spaces owned by the same process so exec, which
2615 replaces a process' address space, wipes out @code{MCL_FUTURE}.
2616 @xref{Executing a File}.
2618 @end table
2620 When the function returns successfully, and you specified
2621 @code{MCL_CURRENT}, all of the process' pages are backed by (connected
2622 to) real frames (they are resident) and are marked to stay that way.
2623 This means the function may cause page-ins and have to wait for them.
2625 When the process is in @code{MCL_FUTURE} mode because it successfully
2626 executed this function and specified @code{MCL_CURRENT}, any system call
2627 by the process that requires space be added to its virtual address space
2628 fails with @code{errno} = @code{ENOMEM} if locking the additional space
2629 would cause the process to exceed its locked page limit.  In the case
2630 that the address space addition that can't be accommodated is stack
2631 expansion, the stack expansion fails and the kernel sends a
2632 @code{SIGSEGV} signal to the process.
2634 When the function fails, it does not affect the lock status of any pages
2635 or the future locking mode.
2637 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
2638 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  @code{errno} values
2639 specific to this function are:
2641 @table @code
2642 @item ENOMEM
2643 @itemize @bullet
2644 @item
2645 At least some of the specified address range does not exist in the
2646 calling process' virtual address space.
2647 @item
2648 The locking would cause the process to exceed its locked page limit.
2649 @end itemize
2651 @item EPERM
2652 The calling process is not superuser.
2654 @item EINVAL
2655 Undefined bits in @var{flags} are not zero.
2657 @item ENOSYS
2658 The kernel does not provide @code{mlockall} capability.
2660 @end table
2662 You can lock just specific pages with @code{mlock}.  You unlock pages
2663 with @code{munlockall} and @code{munlock}.
2665 @end deftypefun
2668 @comment sys/mman.h
2669 @comment POSIX.1b
2670 @deftypefun int munlockall (void)
2672 @code{munlockall} unlocks every page in the calling process' virtual
2673 address space and turn off @code{MCL_FUTURE} future locking mode.
2675 The return value is zero if the function succeeds.  Otherwise, it is
2676 @code{-1} and @code{errno} is set accordingly.  The only way this
2677 function can fail is for generic reasons that all functions and system
2678 calls can fail, so there are no specific @code{errno} values.
2680 @end deftypefun
2685 @ignore
2686 @c This was never actually implemented.  -zw
2687 @node Relocating Allocator
2688 @section Relocating Allocator
2690 @cindex relocating memory allocator
2691 Any system of dynamic memory allocation has overhead: the amount of
2692 space it uses is more than the amount the program asks for.  The
2693 @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by moving
2694 blocks in memory as necessary, on its own initiative.
2696 @c @menu
2697 @c * Relocator Concepts::               How to understand relocating allocation.
2698 @c * Using Relocator::          Functions for relocating allocation.
2699 @c @end menu
2701 @node Relocator Concepts
2702 @subsection Concepts of Relocating Allocation
2704 @ifinfo
2705 The @dfn{relocating memory allocator} achieves very low overhead by
2706 moving blocks in memory as necessary, on its own initiative.
2707 @end ifinfo
2709 When you allocate a block with @code{malloc}, the address of the block
2710 never changes unless you use @code{realloc} to change its size.  Thus,
2711 you can safely store the address in various places, temporarily or
2712 permanently, as you like.  This is not safe when you use the relocating
2713 memory allocator, because any and all relocatable blocks can move
2714 whenever you allocate memory in any fashion.  Even calling @code{malloc}
2715 or @code{realloc} can move the relocatable blocks.
2717 @cindex handle
2718 For each relocatable block, you must make a @dfn{handle}---a pointer
2719 object in memory, designated to store the address of that block.  The
2720 relocating allocator knows where each block's handle is, and updates the
2721 address stored there whenever it moves the block, so that the handle
2722 always points to the block.  Each time you access the contents of the
2723 block, you should fetch its address anew from the handle.
2725 To call any of the relocating allocator functions from a signal handler
2726 is almost certainly incorrect, because the signal could happen at any
2727 time and relocate all the blocks.  The only way to make this safe is to
2728 block the signal around any access to the contents of any relocatable
2729 block---not a convenient mode of operation.  @xref{Nonreentrancy}.
2731 @node Using Relocator
2732 @subsection Allocating and Freeing Relocatable Blocks
2734 @pindex malloc.h
2735 In the descriptions below, @var{handleptr} designates the address of the
2736 handle.  All the functions are declared in @file{malloc.h}; all are GNU
2737 extensions.
2739 @comment malloc.h
2740 @comment GNU
2741 @c @deftypefun {void *} r_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
2742 This function allocates a relocatable block of size @var{size}.  It
2743 stores the block's address in @code{*@var{handleptr}} and returns
2744 a non-null pointer to indicate success.
2746 If @code{r_alloc} can't get the space needed, it stores a null pointer
2747 in @code{*@var{handleptr}}, and returns a null pointer.
2748 @end deftypefun
2750 @comment malloc.h
2751 @comment GNU
2752 @c @deftypefun void r_alloc_free (void **@var{handleptr})
2753 This function is the way to free a relocatable block.  It frees the
2754 block that @code{*@var{handleptr}} points to, and stores a null pointer
2755 in @code{*@var{handleptr}} to show it doesn't point to an allocated
2756 block any more.
2757 @end deftypefun
2759 @comment malloc.h
2760 @comment GNU
2761 @c @deftypefun {void *} r_re_alloc (void **@var{handleptr}, size_t @var{size})
2762 The function @code{r_re_alloc} adjusts the size of the block that
2763 @code{*@var{handleptr}} points to, making it @var{size} bytes long.  It
2764 stores the address of the resized block in @code{*@var{handleptr}} and
2765 returns a non-null pointer to indicate success.
2767 If enough memory is not available, this function returns a null pointer
2768 and does not modify @code{*@var{handleptr}}.
2769 @end deftypefun
2770 @end ignore
2775 @ignore
2776 @comment No longer available...
2778 @comment @node Memory Warnings
2779 @comment @section Memory Usage Warnings
2780 @comment @cindex memory usage warnings
2781 @comment @cindex warnings of memory almost full
2783 @pindex malloc.c
2784 You can ask for warnings as the program approaches running out of memory
2785 space, by calling @code{memory_warnings}.  This tells @code{malloc} to
2786 check memory usage every time it asks for more memory from the operating
2787 system.  This is a GNU extension declared in @file{malloc.h}.
2789 @comment malloc.h
2790 @comment GNU
2791 @comment @deftypefun void memory_warnings (void *@var{start}, void (*@var{warn-func}) (const char *))
2792 Call this function to request warnings for nearing exhaustion of virtual
2793 memory.
2795 The argument @var{start} says where data space begins, in memory.  The
2796 allocator compares this against the last address used and against the
2797 limit of data space, to determine the fraction of available memory in
2798 use.  If you supply zero for @var{start}, then a default value is used
2799 which is right in most circumstances.
2801 For @var{warn-func}, supply a function that @code{malloc} can call to
2802 warn you.  It is called with a string (a warning message) as argument.
2803 Normally it ought to display the string for the user to read.
2804 @end deftypefun
2806 The warnings come when memory becomes 75% full, when it becomes 85%
2807 full, and when it becomes 95% full.  Above 95% you get another warning
2808 each time memory usage increases.
2810 @end ignore