# cpp_learn

**Repository Path**: zangai98/cpp_learn

## Basic Information

- **Project Name**: cpp_learn
- **Description**: No description available
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2024-06-19
- **Last Updated**: 2025-10-08

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

通过解析/proc/pid/pagemap来分析malloc和fork行为
fork之后子进程的内存空间是如何继承的（pss如何变化）
malloc申请空间后，未执行memset之前，物理内存实际未被分配给此进程
pagemap介绍
/proc/pid/pagemap是Linux操作系统中的一个特殊文件，它提供了一种机制将虚拟内存地址映射到物理内存地址。在Linux中，每个进程都有一个唯一的进程ID（PID），/proc/pid/pagemap文件存储了与该进程相关联的页面映射信息。访问/proc/pid/pagemap文件需要root权限或具有相应权限的用户身份。对于非活动进程，页面映射信息可能不完整或不可靠。
/proc/pid/pagemap文件包含了进程虚拟地址空间中每个页面的详细信息，包括页面是否被映射、页面的物理地址、页面的访问权限等。通过读取和分析/proc/pid/pagemap文件，可以将虚拟地址转换为物理地址。
pagemap结构
64位页表项（Page Table Entry, PTE）：每个PTE有64位，代表对应虚拟内存页的映射情况。
Bits 0-54: 物理帧号（Physical Frame Number, PFN），表示虚拟内存页映射的物理页面编号。
Bits 0-4: swap类型
Bits 5-54: swap偏移量
Bit 55: 该页面是否被修改（即脏页）
Bit 56: 是否为独占页面
Bit 57: pte is uffd-wp write-protected (since 5.13) (see Userfaultfd)
Bits 58-60 保留位
Bit 61: 页面为文件映射还是匿名映射 
Bit 62: 是否为交互分区页面（是否存在于swap分区）
Bit 63: 是否分配物理帧（是否存在于RAM)
malloc测试
测试代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
constexpr int PAGE_SIZE = 1024 * 4;
int main(void){
    printf("pid:%d", getpid());
    getchar();
    printf("-----------------malloc within brk--------------\n");
    int *buff = (int *)malloc(4 * PAGE_SIZE);
    printf("------addr 1 : %p\n", buff);
    getchar();
    printf("-----------------memset buff--------------\n");
    memset(buff, 0, 4 * PAGE_SIZE);
    getchar();
    printf("-----------------free buff--------------\n");
    free(buff);
    getchar();
    printf("-----------------malloc exceed brk--------------\n");
    int *buff1 = (int *)malloc(21 * PAGE_SIZE);
    printf("------addr : %p\n", buff1);
    getchar();
    printf("-----------------memset buff--------------\n");
    memset(buff1, 0, 21 * PAGE_SIZE);
    getchar();
    printf("-----------------free buff--------------\n");
    free(buff1);
    printf("-----------------malloc large memory--------------\n");
    int *buff2 = (int *)malloc(33 * PAGE_SIZE);
    printf("------addr : %p\n", buff);
    getchar();
    printf("-----------------memset buff--------------\n");
    memset(buff2, 0, 33 * PAGE_SIZE);
    getchar();
    printf("-----------------free buff--------------\n");
    free(buff2);
    getchar();
    return 0;
}
结论：
程序启动时调用brk申请20KB堆内存
malloc根据M_MMAP_THRESHOLD（128kb）来判断调用brk还是mmap，小内存分配使用brk，大内存分配使用mmap
brk指针内的内存申请，尾页会被分配物理帧；mmap申请的内存，首页会被分配物理帧；memset之后，全部分配物理帧。
malloc->判断是否超过brk指针->否：申请的地址范围，尾页分配物理帧->memset：中间页分配物理帧->free：不会立刻返回内存给os
free: brk申请的内存，不做操作；mmap申请的内存，返还给os
malloc之后，申请空间的尾页被分配物理帧
memset之后，中间页面被分配物理帧
注：根据strace观察程序执行也能看到brk和mmap的系统调用执行。
fork测试
写时复制（copy-on-write)技术：
内核只为新生成的子进程创建虚拟空间结构，它们来复制于父进程的虚拟究竟结构，但是不为这些段分配物理内存，它们共享父进程的物理空间，当父子进程中有更改相应段的行为发生时，再为子进程相应的段分配物理空间。
测试代码：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
using namespace std;
constexpr int PAGE_SIZE = 1024 * 4;
int g_var;
int main(void){
    printf("---------begin, the PID: %d\n",getpid());
    printf("---------before fork\n");
    getchar();
    int PID=fork();
    if (PID==0){
        printf("----child process: %d\n",getpid());
        getchar();
        printf("----child malloc\n");
        size_t length = 4 * PAGE_SIZE; 
        void *buff = (void *)malloc(length);
        printf("------%p\n", buff);
        getchar();
        memset(buff, 1, length);
        const int child_const = 1;
        const int child_static = 1;
        getchar();
    }else if(PID>0){
        printf("----father process: %d\n",getpid());
        // printf("-----------------father malloc: %d--------------\n", getpid());
        getchar();
        printf("------father g_var\n");
        g_var = 10;
        getchar();
    }else{
        printf("----error\n");
    }
    getchar();
    return 0;
}
测试1：
子进程和父进程的代码段、数据段以及堆区都是共享的
子进程malloc之后，父进程堆区重新申请
测试2：
父子进程共享数据段
父进程对全局变量做了赋值操作后，数据段物理地址改变
参考链接
https://docs.kernel.org/admin-guide/mm/pagemap.html
linux内存管理-CSDN博客