在应用程序中替换Linux中Glibc的malloc的四种方法_转

转自：在应用程序中替换Linux中Glibc的malloc的四种方法--csdn

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：

$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：

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。

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 myprogmyprog.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。

2015-12-22更新：

这个方法对于运行时动态链接的库中调用的malloc/new都可以接管，但是对于程序启动后使用dlopen且开启RTLD_DEEPBIND选项加载的动态链接库，其中的malloc和new是不能替换的。

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：

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--wrapmalloc ，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。

#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

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

运行

$./wrap

My MALLOCcalled: 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"。

实测方案4可行

需要替换malloc相关系列函数：

#include <malloc.h>

#ifdef DEFINE_MALLOC
_PTR 
_malloc_r (struct _reent *r, size_t sz)
{
  return malloc (sz);
}
#endif

#ifdef DEFINE_CALLOC
_PTR 
_calloc_r (struct _reent *r, size_t a, size_t b)
{
  return calloc (a, b);
}
#endif

#ifdef DEFINE_FREE
void
_free_r (struct _reent *r, _PTR x)
{
  free (x);
}
#endif

#ifdef DEFINE_REALLOC
_PTR 
_realloc_r (struct _reent *r, _PTR x, size_t sz)
{
  return realloc (x, sz);
}
#endif

 

参考：

1. GCC的-Wl,--wrap编译选项

2. mallocr.c -- github.com