mallocしただけでメモリが確保できるって本当ですか？

updated at 2019/Jun/29

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1. mallocしただけで メモリが確保できるって 本当ですか？ KLab株式会社　牧内大輔
2. 自己紹介 • 牧内大輔 ◦ Twitter: @makki_d ◦ Github: makiuchi-d • KLab株式会社 ◦ エンジニアリングマネージャー ◦ スマホ向けオンラインゲームの会社 • 特徴 ◦ Linux使い（Kubuntu + Compiz） ◦ 仕事：オンライン対戦のネットワーク基盤とか ◦ 趣味：バーコード/QRコードライブラリをGoに移植
3. 今日はmallocの話をします
4. C言語触ったことある人
5. mallocが何か知っている人
6. mallocについて • C標準ライブラリの関数 • メモリの動的割り当て #include <stdlib.h> void *malloc(size_t size);
7. mallocの使い方 • こんなコードを見たことがあると思います void *p = malloc(1000); if(p == NULL){ // メモリ確保失敗の処理 ... }
8. このプログラムを 見てください
9. #define TARGET_GB 20 #define PAGE_SIZE 4096 #define ONE_GB (1 * 1024 * 1024 * 1024) int main() { char *ptrs[TARGET_GB] = {NULL}; int total_gb = 0; int i; printf("start. pid=%d", getpid()); getchar(); for(i=0; i<TARGET_GB; ++i){ ptrs[i] = (char *) malloc(ONE_GB); if(ptrs[i] == NULL){ printf("malloc returns NULL\n"); break; } total_gb++; printf("malloc: p[%d] = %p", i, ptrs[i]); getchar(); } printf("total %d GB allocated", total_gb); getchar(); for(i=0; i<total_gb; ++i){ int t; for(t=0; t<ONE_GB; t += PAGE_SIZE){ ptrs[i][t] = 0; } printf("touch %d GB", i+1); getchar(); } for(i=0; i<total_gb; ++i){ free(ptrs[i]); } return 0; }
10. #define TARGET_GB 20 #define PAGE_SIZE 4096 #define ONE_GB (1 * 1024 * 1024 * 1024) int main() { char *ptrs[TARGET_GB] = {NULL}; int total_gb = 0; int i; printf("start. pid=%d", getpid()); getchar(); for(i=0; i<TARGET_GB; ++i){ ptrs[i] = (char *) malloc(ONE_GB); if(ptrs[i] == NULL){ printf("malloc returns NULL\n"); break; } total_gb++; printf("malloc: p[%d] = %p", i, ptrs[i]); getchar(); } printf("total %d GB allocated", total_gb); getchar(); for(i=0; i<total_gb; ++i){ int t; for(t=0; t<ONE_GB; t += PAGE_SIZE){ ptrs[i][t] = 0; } printf("touch %d GB", i+1); getchar(); } for(i=0; i<total_gb; ++i){ free(ptrs[i]); } return 0; } 1GBずつ20回malloc 失敗したらbreak 確保できたらアドレスを表示 確保した合計を表示 確保した領域に書き込み 書き込んだ領域のサイズ表示 メモリ解放
11. 問題：何GB確保できるでしょうか • このPCについて ◦ Kubuntu 18.04 64bit (Linux version 4.15.0-54-generic) ◦ 物理メモリ 16GB ▪ ただし、VRAM領域もあるので実質約15.5GB ◦ スワップ領域 2GB 1. 15 GB 2. 17 GB 3. 20 GB
12. 動かしてみます
13. 結果 • 20GBまでmalloc成功 • この段階ではメモリ使用率は増えていない • 確保したメモリに書き込んではじめてメモリ使用率増加 • 16GBに到達する前にOOM-Killerによって強制終了
14. なぜこうなったのか
15. 仮想アドレス空間 • プロセスから見えるメモリアドレス空間 ◦ ひと塊の大きなメモリに見える ◦ 物理メモリの大きさとは無関係 • プロセス毎に独立 ◦ 他プロセスのメモリにアクセスできない • 物理メモリとのマッピングはOSが管理 ◦ CPUの機能（MMU）を利用 物理メモリ 仮想アドレス
16. mallocしたとき • 仮想アドレス空間を予約 ◦ このアドレスが戻り値 • 物理メモリへのマッピングはまだしない ◦ メモリ使用量は増えない 物理メモリ 仮想アドレス ？
17. 書き込みしたとき • このとき初めて物理メモリにマッピング ◦ メモリ使用量増加 最終的に物理メモリが足りなくなり メモリを開放するために プロセスが殺されました（OOM-Killer） 物理メモリ 仮想アドレス
18. まとめ • mallocしただけでは物理メモリは確保されない • 戻り値チェックだけではメモリ不足を防げない • 大量にメモリを使うプログラムを書くときは気をつけましょう • 裏には複雑な仕組みが隠れていてコンピュータっておもしろい！
19. 参考文献とか • [試して理解] Linuxのしくみ ～実験と図解で学ぶOSとハードウェアの基礎知識 ◦ 竹内 覚、2018、技術評論社 ◦ ISBN: 978-4774196077 ※今回のmallocの挙動は、glibcのmallocにおいて 　heapではなくpageからメモリ確保する場合のものです。 ※mallocはもっと複雑なことをやっているので、 　興味のある人は小崎先生の動画を見ましょう。 　https://www.youtube.com/watch?v=0-vWT-t0UHg