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mallocしただけでメモリが確保できるって本当ですか?

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December 22, 2021

 mallocしただけでメモリが確保できるって本当ですか?

AWS (t2.micro) デモバージョン

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MakKi

December 22, 2021
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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 ◦ スマホ向けオンラインゲームの会社 ◦ エンジニアリングマネージャー • 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 ▪ そういえば昨晩blog記事かきました • QRコードを1ピクセルずつ消していく闇のゲームの攻略法 • https://makiuchi-d.github.io/2021/12/22/yami-qrcode.ja.html
  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 MALLOC_COUNT 20 #define PAGE_SIZE 4096 int main() { char

    *ptrs[MALLOC_COUNT] = {NULL}; int count = 0; int i; printf("start. pid=%d", getpid()); getchar(); for(i=0; i<MALLOC_COUNT; ++i){ ptrs[i] = (char *) malloc(100 * 1024 * 1024); if(ptrs[i] == NULL){ printf("malloc returns NULL\n"); break; } count++; printf("malloc: p[%d] = %p", i, ptrs[i]); getchar(); } printf("total %d MB allocated", count * 100); getchar(); for(i=0; i<count; ++i){ int t; for(t=0; t<100*1024*1024; t += PAGE_SIZE){ ptrs[i][t] = 0; } printf("touch %d MB", (i+1)100); getchar(); } for(i=0; i<count; ++i){ free(ptrs[i]); } return 0; }
  10. #define MALLOC_COUNT 20 #define PAGE_SIZE 4096 int main() { char

    *ptrs[MALLOC_COUNT] = {NULL}; int count = 0; int i; printf("start. pid=%d", getpid()); getchar(); for(i=0; i<MALLOC_COUNT; ++i){ ptrs[i] = (char *) malloc(100 * 1024 * 1024); if(ptrs[i] == NULL){ printf("malloc returns NULL\n"); break; } count++; printf("malloc: p[%d] = %p", i, ptrs[i]); getchar(); } printf("total %d MB allocated", count * 100); getchar(); for(i=0; i<count; ++i){ int t; for(t=0; t<100*1024*1024; t += PAGE_SIZE){ ptrs[i][t] = 0; } printf("touch %d MB", (i+1)100); getchar(); } for(i=0; i<count; ++i){ free(ptrs[i]); } return 0; } 100MB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MB確保できるでしょうか • デモ用マシンについて ◦ AWS EC2 t2.micro Ubuntu20.04 LTS ◦

    物理メモリ 1GB ▪ total 968MiB、free 700MiBちょっと ◦ スワップ領域 0 1. 700 MB 2. 900 MB 3. 2000 MB
  12. 動かしてみます

  13. 結果 • 2000MB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 • 800MBくらいで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