4 c linux malloc system-calls strace
在我最近的求职面试中，我有多个简单的问题。
起初，我被要求编写一个简单的程序，从用户那里获取输入 x 并在内存中分配（使用 malloc）x 个字节。
我简单地写道：
void main()
{
int x;
scanf("%d",&x);
malloc(x);
}
然后我被告知在运行我的可执行文件时显示所有被调用的系统调用，所以我去了终端并输入：
strace ./my_program.o
这很好，直到他问了类似的问题：
您在程序上运行 strace 时收到的输出可能非常混乱。并且无法知道在执行 malloc 期间使用了哪个系统调用。您能否建议对 C 代码进行简单的添加，以便您无论如何都能发现在执行 malloc 期间使用的系统调用。顺便说一句，您不允许向 strace 添加标志，并且必须在 C 代码中进行更改。
我在这里失去了他。可以对 C 代码进行哪些添加？
您的建议的输出示例（仍然没有帮助，因为出于奇怪的原因只有一次写入而不是 2，因为我将 C 代码更改为在 malloc 之前有一个，在 malloc 之后有一个）
execve("./a.out", ["./a.out"], 0x7ffc38701620 /* 50 vars */) = 0
brk(NULL) = 0x55df6cc1b000
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
access("/etc/ld.so.preload", R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=96020, ...}) = 0
mmap(NULL, 96020, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7fb9d4900000
close(3) = 0
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "\177ELF\2\1\1\3\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0>\0\1\0\0\0\20\35\2\0\0\0\0\0"..., 832) = 832
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=2030928, ...}) = 0
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fb9d48fe000
mmap(NULL, 4131552, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7fb9d42fe000
mprotect(0x7fb9d44e5000, 2097152, PROT_NONE) = 0
mmap(0x7fb9d46e5000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1e7000) = 0x7fb9d46e5000
mmap(0x7fb9d46eb000, 15072, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7fb9d46eb000
close(3) = 0
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7fb9d48ff500) = 0
mprotect(0x7fb9d46e5000, 16384, PROT_READ) = 0
mprotect(0x55df6b542000, 4096, PROT_READ) = 0
mprotect(0x7fb9d4918000, 4096, PROT_READ) = 0
munmap(0x7fb9d4900000, 96020) = 0
fstat(0, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
brk(NULL) = 0x55df6cc1b000
brk(0x55df6cc3c000) = 0x55df6cc3c000
read(0,
"\n", 1024) = 1
read(0, 5
"5\n", 1024) = 2
fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0
write(1, "__________________________", 26__________________________) = 26
lseek(0, -1, SEEK_CUR) = -1 ESPIPE (Illegal seek)
exit_group(0) = ?
+++ exited with 0 +++
你malloc也没有发出任何系统调用（如brk）为小的值x（如23）
那是因为先前的scanf调用必须[内部]调用malloc. 内部malloc调用brk。
堆已经有足够的空间分配的，所以你 malloc可以完成请求，而不调用brk。
为了能够看到这一点，usleep(1)在你的malloc电话之前和之后放一个。这会生成对nanosleepsyscall 的无害调用，作为您 malloc调用周围的标记。
这是strace输入值的输出23：
execve("./fix1", ["./fix1"], 0x7ffea3366ac0 /* 94 vars */) = 0
brk(NULL) = 0x15fc000
arch_prctl(0x3001 /* ARCH_??? */, 0x7ffcf4a51d40) = -1 EINVAL (Invalid argument)
access("/etc/ld.so.preload", R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=340324, ...}) = 0
mmap(NULL, 340324, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f15ef9bf000
close(3) = 0
openat(AT_FDCWD, "/lib64/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "\177ELF\2\1\1\3\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0>\0\1\0\0\0 E\2\0\0\0\0\0"..., 832) = 832
lseek(3, 792, SEEK_SET) = 792
read(3, "\4\0\0\0\24\0\0\0\3\0\0\0GNU\0g\225=\371\27\203\227A\277:}7a\216\376\301"..., 68) = 68
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=2786704, ...}) = 0
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f15ef9bd000
lseek(3, 792, SEEK_SET) = 792
read(3, "\4\0\0\0\24\0\0\0\3\0\0\0GNU\0g\225=\371\27\203\227A\277:}7a\216\376\301"..., 68) = 68
lseek(3, 864, SEEK_SET) = 864
read(3, "\4\0\0\0\20\0\0\0\5\0\0\0GNU\0\2\0\0\300\4\0\0\0\3\0\0\0\0\0\0\0", 32) = 32
mmap(NULL, 1857472, PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7f15ef7f7000
mprotect(0x7f15ef819000, 1679360, PROT_NONE) = 0
mmap(0x7f15ef819000, 1363968, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x22000) = 0x7f15ef819000
mmap(0x7f15ef966000, 311296, PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x16f000) = 0x7f15ef966000
mmap(0x7f15ef9b3000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1bb000) = 0x7f15ef9b3000
mmap(0x7f15ef9b9000, 14272, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f15ef9b9000
close(3) = 0
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f15ef9be500) = 0
mprotect(0x7f15ef9b3000, 16384, PROT_READ) = 0
mprotect(0x403000, 4096, PROT_READ) = 0
mprotect(0x7f15efa3c000, 4096, PROT_READ) = 0
munmap(0x7f15ef9bf000, 340324) = 0
fstat(0, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(0x88, 0x1), ...}) = 0
brk(NULL) = 0x15fc000
brk(0x161d000) = 0x161d000
brk(NULL) = 0x161d000
read(0, "23\n", 1024) = 3
nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=1000}, NULL) = 0
nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=1000}, NULL) = 0
lseek(0, -1, SEEK_CUR) = -1 ESPIPE (Illegal seek)
exit_group(0) = ?
+++ exited with 0 +++
但是，较大的值会导致您malloc发出mmap系统调用。
这是值的输出1000000000：
execve("./fix1", ["./fix1"], 0x7ffe4ec746d0 /* 94 vars */) = 0
brk(NULL) = 0x13df000
arch_prctl(0x3001 /* ARCH_??? */, 0x7ffe5a768930) = -1 EINVAL (Invalid argument)
access("/etc/ld.so.preload", R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=340324, ...}) = 0
mmap(NULL, 340324, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f61b6e83000
close(3) = 0
openat(AT_FDCWD, "/lib64/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "\177ELF\2\1\1\3\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0>\0\1\0\0\0 E\2\0\0\0\0\0"..., 832) = 832
lseek(3, 792, SEEK_SET) = 792
read(3, "\4\0\0\0\24\0\0\0\3\0\0\0GNU\0g\225=\371\27\203\227A\277:}7a\216\376\301"..., 68) = 68
fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=2786704, ...}) = 0
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f61b6e81000
lseek(3, 792, SEEK_SET) = 792
read(3, "\4\0\0\0\24\0\0\0\3\0\0\0GNU\0g\225=\371\27\203\227A\277:}7a\216\376\301"..., 68) = 68
lseek(3, 864, SEEK_SET) = 864
read(3, "\4\0\0\0\20\0\0\0\5\0\0\0GNU\0\2\0\0\300\4\0\0\0\3\0\0\0\0\0\0\0", 32) = 32
mmap(NULL, 1857472, PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7f61b6cbb000
mprotect(0x7f61b6cdd000, 1679360, PROT_NONE) = 0
mmap(0x7f61b6cdd000, 1363968, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x22000) = 0x7f61b6cdd000
mmap(0x7f61b6e2a000, 311296, PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x16f000) = 0x7f61b6e2a000
mmap(0x7f61b6e77000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1bb000) = 0x7f61b6e77000
mmap(0x7f61b6e7d000, 14272, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f61b6e7d000
close(3) = 0
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f61b6e82500) = 0
mprotect(0x7f61b6e77000, 16384, PROT_READ) = 0
mprotect(0x403000, 4096, PROT_READ) = 0
mprotect(0x7f61b6f00000, 4096, PROT_READ) = 0
munmap(0x7f61b6e83000, 340324) = 0
fstat(0, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(0x88, 0x1), ...}) = 0
brk(NULL) = 0x13df000
brk(0x1400000) = 0x1400000
brk(NULL) = 0x1400000
read(0, "1000000000\n", 1024) = 11
nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=1000}, NULL) = 0
mmap(NULL, 1000001536, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f617b30e000
nanosleep({tv_sec=0, tv_nsec=1000}, NULL) = 0
lseek(0, -1, SEEK_CUR) = -1 ESPIPE (Illegal seek)
exit_group(0) = ?
+++ exited with 0 +++
这是我用来生成上述内容的程序。请注意，生成不属于或可以替换调用的系统调用的任何内容（例如）：scanfmallocusleeptime
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
void
main()
{
int x;
scanf("%d", &x);
usleep(1);
malloc(x);
usleep(1);
}
更新：
你能解释一下为什么这不起作用吗：[为空间编辑] – ariel
使用write 应该没问题。这是“无害的”，write系统调用应该显示得很好。正如我所提到的，任何系统调用都可以使用[如果它与任何其他scanf或malloc将要做的事情有独特的区别]。
为什么你说“不是 scanf 的一部分”？– 阿里尔
因为 [正如我提到的]scanf会做一个malloc[和一个 --free但那可能不会生成系统调用]。
即使有大量数字，我也没有看到 malloc 被调用。– 阿里尔
我不确定您的设置中发生了什么。我使用 1,000,000,000 来真正强制您的 malloc.
无论是nanosleep或者你的write系统调用应该工作作为标记。
您是否在标记调用之间的mmap跟踪中看到调用 [或更多brk调用]？
更新#2：
另外，我无法获得输入以使其显示 sbrk() 我该怎么做 – ariel
它是由单独的堆管理器来决定哪些系统调用sbrk，brk和/或mmap它会使用和时间。
在我的系统 [linux] 上，我使用的是mallocfrom glibc. 我的怀疑是它只会brk而不是 sbrk
brk并且sbrk足够相似，以至于给定的经理可能会使用其中一个，但不会同时使用两者——YMMV。
来自man sbrk：
在 Linux 上，sbrk() 被实现为使用 brk() 系统调用的库函数，并进行一些内部簿记，以便它可以返回旧的中断值。
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