在应用程序中替换Linux中Glibc的malloc的四种方法

转自：http://www.xuebuyuan.com/2223733.html

打算优化系统的内存分配，接管

glibc

提供的内存管理，但是整个工程的代码量很大，使用

malloc

、

realloc

、

calloc

和

free

的地方到处都是，如果自己写好的接口需要重命名所有的调用，先不说工作量，部分没有权限查看代码的

.a

文件就搞不定了。所以需要替换掉系统的

malloc

，保证原有调用的名称不变。经过尝试，共有四种方法可以替换，各有优缺点吧。
方案

1

使用环境变量

LD_PRELOAD


        

环境变量

LD_PRELOAD

指定程序运行时优先加载的动态连接库，这个动态链接库中的符号优先级是最高的。标准

C

的各种函数都是存放在

libc.so.6

的文件中，在程序运行时自动链接。使用

LD_PRELOAD

后，自己编写的

malloc

的加载顺序高于

glibc

中的

malloc

，这样就实现了替换。用法：

        

[littlefang]$

LD_PRELOAD=" ./mymalloc.so"

        

这是最实用的替换方法，动态链接库加载过程中提供了初始化函数，可以轻易的获得系统

malloc

的句柄，再将它做进一步的管理，

Hoard

（参见
深入

Linux

的内存管理，关于

PTMalloc3

、

Hoard

和

TCMalloc

）的就是这样实现的。

方案

2  

malloc

调试变量


        

__malloc_hook

是一组

glibc

提供的

malloc

调试变量中的一个，这组变量包括：

view plain
copy to clipboard
print
?

void

 *(*__malloc_hook)(

size_t

 size, 

const

 

void

 *caller);   

  
void

 *(*__realloc_hook)(

void

 *ptr, 

size_t

 size, 

const

 

void

 *caller);   

  
void

 *(*__memalign_hook)(

size_t

 alignment, 

size_t

 size, 

const

 

void

 *caller);   

  
void

 (*__free_hook)(

void

 *ptr, 

const

 

void

 *caller);   

  
void

 (*__malloc_initialize_hook)(

void

);   

  
void

 (*__after_morecore_hook)(

void

);  

 

只要你在程序中写上

”__malloc_hook

= my_malloc_hook;”

，之后的

malloc

调用都会使用

my_malloc_hook

函数，方便易行。但是这组调试变量不是线程安全的，当你想用系统

malloc

的时候不得不把他们改回来，多线程调用就得上锁了。因此方案

2

不很适用于系统内存优化，勉强用来简单管理线程内存使用。

        

详细用法请猛击这里

方案

3

编译自己的

libmalloc.a


        

关于重载

glibc

的

malloc

库，

ChinaUnix

上有这样的讨论

：

如果我用

cc -o myprog

myprog.c -lmylib

，

而不想修改缺省的

ld

的命令行参数或者

linker

脚本，不知可不可以？

这个方法确实比较理想，只需要

make

一次就

OK

了，不用更改环境变量，省得担心后台运行的问题。后面有人回复让楼主试试，不知道楼主试了没有，我试了一下。

若要把系统内存管理起来，首先还是要向操作系统申请内存，这个问题对于

LD_PRELOAD

方案很简单，链接库加载时就可以把

glibc

中的

malloc

加载进来，以后直接调用就可以了，如：

real_malloc =

dlsym(RTLD_NEXT, "malloc");

但是你如果使用自己编译的

malloc

库，在你调用

dlsym

这个函数时，

dlsym

会调用

dlerror

，

dlerror

会调用

calloc

，

calloc

要调用

malloc

，而你的

malloc

正在初始化等待

dlsym

返回中，于是死循环了。有人说，在调用没有初始化完毕的

malloc

时，返回

NULL

，我试了

dlsym

不认账，加载可耻的失败了。在满世界的寻找

dlsym

的替代品未果后，我把目光瞄住了

tcmalloc

（参见
深入

Linux

的内存管理，关于

PTMalloc3

、

Hoard

和

TCMalloc

）。

Tcmalloc

使用时需要在链接时加上

-ltcmalloc

即可，它代码里也没使用

dlsym

，大略了看了下它的代码，它使用

mmap

从系统获取的内存。

void *mmap(void

*addr, size_t len, int prot, int flags, int fildes, off_t off);

这种方法从页面级就要对系统内存进行管理，

Glibc

中的

malloc

就是使用

mmap

和

brk

两个函数从程序堆中获得内存的。无疑，这比起用

malloc

分配的内存复杂了很多。

方案

4

链接过程控制


ld

中有一个选项

–wrap

，当查找某个符号时，它优先先解析

__wrap_symbol,

　解析不到才去解析

symbol

。例如：

view plain
copy to clipboard
print
?

void

 *__wrap_malloc (

size_t

 c)  

  
{  
  
     printf ("malloc called with %zu/n"

, c);  

  
     return

 __real_malloc (c);  

  
}  

 

当其它文件与你实现

__wrap_malloc

函数的文件链接时使用

--wrap

malloc

，则所有到

malloc

的调用都是会链接到

__wrap_malloc

上。只有调用

__reall_malloc

时才会调用真正的

malloc

。

view plain
copy to clipboard
print
?

#include <stdio.h>

  

  
#include <stdlib.h>

  

  
   
  
void

 *__real_malloc(

size_t

);  

  
   
  
void

 *__wrap_malloc(

size_t

 c)  

  
{  
  
        printf("My MALLOC called: %d/n"

, c);  

  
        return

 __real_malloc(c);  

  
}  
  
   
  
int

 main (

int

 argc, 

char

 *argv[])  

  
{  
  
        void

 *ptr = malloc(12);  

  
   
  
        return

 0;  

  
}  

 

编译 

[littlefang]$

gcc wrap.c -o wrap -Wl,-wrap,malloc

运行 

[littlefang]$

./wrap

My MALLOC

called: 12

Gcc

或

g++

编译使用

–Wl

选项，以指定链接器参数，比如同时替换

malloc,free

，

realloc

就要用

gcc wrap.c -o wrap -Wl,-wrap,malloc  

-Wl,-wrap,free  

-Wl,-wrap,realloc

。

特别需要注意的是，如果你的

__wrap_malloc是用

C++

实现的，千万不要忘记加上

extern

“C”

做修饰，不然会出现"undefine reference to __wrap_malloc"。