堆放在程序数据段的最后。Brk()用于改变(扩展)堆的大小。当堆不能再增长时，任何malloc调用都将失败。

我可以回答你的第二个问题。Malloc将失败并返回一个空指针。这就是为什么在动态分配内存时总是检查空指针。

最小可运行示例

brk()系统调用做什么?

请求内核允许您对称为堆的连续内存块进行读写。

如果你不问，它可能会指责你。

没有brk:

#define _GNU_SOURCE
#include <unistd.h>

int main(void) {
    /* Get the first address beyond the end of the heap. */
    void *b = sbrk(0);
    int *p = (int *)b;
    /* May segfault because it is outside of the heap. */
    *p = 1;
    return 0;
}

brk:

#define _GNU_SOURCE
#include <assert.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    void *b = sbrk(0);
    int *p = (int *)b;

    /* Move it 2 ints forward */
    brk(p + 2);

    /* Use the ints. */
    *p = 1;
    *(p + 1) = 2;
    assert(*p == 1);
    assert(*(p + 1) == 2);

    /* Deallocate back. */
    brk(b);

    return 0;
}

GitHub上游。

即使没有brk，上面的代码也可能不会打开一个新页面，也不会发生段错误，所以这里有一个更激进的版本，它分配16MiB，并且很可能在没有brk的情况下发生段错误:

#define _GNU_SOURCE
#include <assert.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    void *b;
    char *p, *end;

    b = sbrk(0);
    p = (char *)b;
    end = p + 0x1000000;
    brk(end);
    while (p < end) {
        *(p++) = 1;
    }
    brk(b);
    return 0;
}

在Ubuntu 18.04上测试。

虚拟地址空间可视化

brk:前

+------+ <-- Heap Start == Heap End

brk(p + 2)后:

+------+ <-- Heap Start + 2 * sizof(int) == Heap End 
|      |
| You can now write your ints
| in this memory area.
|      |
+------+ <-- Heap Start

brk (b)后:

+------+ <-- Heap Start == Heap End

为了更好地理解地址空间，您应该熟悉分页:x86分页是如何工作的?

为什么我们同时需要brk和sbrk?

BRK当然可以用SBRK +偏移量计算实现，两者的存在只是为了方便。

在后端，Linux内核v5.0有一个系统调用brk，用于实现这两者:https://github.com/torvalds/linux/blob/v5.0/arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl#L23

12  common  brk         __x64_sys_brk

brk是POSIX吗?

brk曾经是POSIX，但在POSIX 2001中被删除了，因此需要_GNU_SOURCE来访问glibc包装器。

这种删除可能是由于引入了mmap，这是一个允许分配多个范围和更多分配选项的超集。

我认为现在没有什么有效的情况下你应该使用brk而不是malloc或mmap。

BRK vs malloc

BRK是实现malloc的一种老方法。

mmap是一种更新但更强大的机制，目前所有POSIX系统都可能使用它来实现malloc。下面是一个最小可运行mmap内存分配示例。

我可以混合brk和malloc吗?

如果你的malloc是用brk实现的，我不知道怎么可能不炸东西，因为brk只管理一个单一的内存范围。

然而，我在glibc文档中找不到任何关于它的信息，例如:

https://www.gnu.org/software/libc/manual/html_mono/libc.html#Resizing-the-Data-Segment

我想事情可能会在那里工作，因为mmap可能用于malloc。

参见:

brk/sbrk有什么不安全/遗留问题? 为什么两次调用sbrk(0)会得到不同的值?

更多信息

在内部，内核决定进程是否可以拥有那么多内存，并为该使用指定内存页。

这解释了堆栈与堆的比较:在x86汇编中，寄存器上使用的推/弹出指令的功能是什么?

堆放在程序数据段的最后。Brk()用于改变(扩展)堆的大小。当堆不能再增长时，任何malloc调用都将失败。

数据段是内存中保存所有静态数据的部分，在启动时从可执行文件读取，通常为零填充。

您可以自己使用brk和sbrk来避免每个人都在抱怨的“malloc开销”。但是您不能轻易地将此方法与malloc结合使用，因此它仅适用于不需要释放任何东西的情况。因为你不能。另外，应该避免任何可能在内部使用malloc的库调用。Ie。斯特伦可能安全，但fopen可能就不安全了。

调用sbrk就像调用malloc一样。它返回一个指向当前断点的指针，并使该断点增加该值。

void *myallocate(int n){
    return sbrk(n);
}

虽然不能释放单个的分配(因为没有malloc开销，记住)，但是可以通过使用第一次调用sbrk返回的值调用brk来释放整个空间，从而使brk返回。

void *memorypool;
void initmemorypool(void){
    memorypool = sbrk(0);
}
void resetmemorypool(void){
    brk(memorypool);
}

您甚至可以堆叠这些区域，通过将换行符倒回到区域的开始位置来丢弃最近的区域。

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还有一件事……

SBRK在code golf中也很有用，因为它比malloc短2个字符。