重新思考内存申请

发表于 | 分类于 | 阅读次数:

前言

最近在一个项目中用C语言做一个restful服务的桥接器，具体功能就是把Java端发过来的请求报文解析，再用解析出的内容调用C底层相应的接口，最后把C接口返回的信息再发给Java端。
测试时发现，多数接口的请求能正常接收到返回信息，但某些请求报文特别长的接口，就无法正常获取返回报文。查了代码发现是接收报文变量的长度定义过短导致程序提前退出了。我便把接收报文的变量变为了动态申请内存，申请了1MB的内存，结尾处再释放掉，这样改过之后，程序没有提前退出，却出现了段错误。查了半天，最后发现问题出在一个调试语句上，那里还是用的栈内存申请，在把最大报文长度限制变成1MB之后，加上调用底层C接口中申请的栈地址空间,超过了linux栈空间的限制，导致内存溢出了。

借此机会详细的回顾一下linux下的内存申请相关的内容。

栈内存申请

这是系统分配内存的方式，也是最基本的一种内存申请方式，如要申请十个字节的空间，并全部赋值为尾零：

1
char str[10] = {0};

这样就在栈上申请到了10个字节的空间，这一部分空间是无需程序员手动释放的，在程序执行结束或一个代码块结束后会由操作系统自动收回。其操作方式类似于数据结构的栈，只要栈剩余的空间大于所申请的空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。
在linux系统下，查看系统栈的空间容量可以用ulimit -a或limit直接查看：

ulimit -a limit

可以看到，在mac系统下，stacksize的大小是8MB，即8 * 1024 * 1024个字节
所以，这样最多申请的占内存空间为：char str[8192 * 1024]，超过这个数字就会报段错误，也就是由栈内存溢出导致的。
测试一下，

1
2
3
4
5
6
#define MAXLEN 8192 * 1023 

int main() {
    char str[MAXLEN];
    return 0;
}

当把MAXLEN赋值为8192 * 1023时，程序还能正常运行，但改为8192 * 1024时就段错误了，可能包含几KB的栈信息数据。由此证明了栈空间确实是8MB（软限制），可以通过ulimit -s命令临时改变栈空间的大小，突破软限制。

堆内存申请

一般由程序员分配和释放，程序员若不释放，程序结束时可能由OS回收。但它与数据结构的堆是两码事，分配方式类似于数据结构的链表。
申请一个10字节的空间书写如下：

1
char *str = (char *)malloc(10);

或

1
char *str = (char *)calloc(1, 10);

在堆上的内存申请，默认是没有软限制的，只依赖系统硬限制，故在申请大空间时需要用动态申请的方法，不过需要注意的是在用完该内存后要及时释放，否则会导致内存泄露而使内存耗尽。下面就来说一下内存释放的方法。

内存释放

堆上内存需要手动释放，方法如下：

1
2
3
if (str)
    free(str);
str = NULL;

一般习惯用宏来实现：

1
#define dataFree(str) if(str){free(str);str=NULL;}

最后把str指针指向NULL的原因是，free操作仅释放了str指向的内存空间，而不包括str指针本身，str仍旧指向那片内存地址，只不过是未申请的了，如果后面的程序又有操作到了str指针，将会产生不可预知的错误，故要将其指向NULL。

总结

常常说，细节决定成败。这次犯的错误不是什么大错误，不过却造成了整个桥接器无法使用。在考虑问题的时候一定要周全，不但要保证自己写的模块没有问题，还要考虑到模块与模块之间交互的过程中可能会出现哪些问题。就像这次的内存溢出，自己这里申请1MB是没问题的，但加上其他模块的就超出了系统最大限制了，当然别人的模块也要改，但自己这里一定要足够健壮。