[請益] memory aligment

[suscym (DoDreamEr)]

大家好，最近針對對齊部分想進一步了解

在stackoverflow上看到這個問題

The memset_16aligned function requires a 16-byte aligned pointer passed to it,
or it will crash.
a) How would you allocate 1024 bytes of memory, and align it to a 16 byte
boundary?
b) Free the memory after the memset_16aligned has executed.


Ans:

{
    void *mem = malloc(1024+15);
    void *ptr = ((uintptr_t)mem+15) & ~ (uintptr_t)0x0F;
    memset_16aligned(ptr, 0, 1024);
    free(mem);
}

==============================
題目有人講意思講的不精確，應該講塞的下1024B且對移16Byte~
我這邊想問兩個問題請教


(1) 為何malloc(1024"+15")? 看網站上是說要確定size足夠
但是1024本身不是已經是足夠的嗎?

(2) ((uintptr_t)mem+15) & ~ (uintptr_t)0x0F;
這部分我有看到wiki也是這樣列公式，但是自己待一些16進位位置還是感覺不大

我自己第一個想法是mem+16 & ~.... , 雖然也是可行
但大家說15就足夠，這部分是為什麼呢?



以上請大家指教 3Q

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 220.128.79.74 (臺灣)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Soft_Job/M.1604558246.A.579.html
→ bcew: 這是假設malloc得到的起點會亂飄，要用&(~(0xF))修成16 byte
→ bcew:  aligned，在修的過程最多只會減15而已0x123F & (~(0xF)) =
→ bcew:  0x1230
→ suscym: 那請問為何size部分  1024要+15呢
推 maik060: 若mem指到0x1231, 而ptr要對齊的位置是0x1240, 多用了15
→ maik060: 所以一開始size就多要了15byes, 不然會爆掉 ?
推 KaryuuIssen: 因為你+16可能會浪費16bytes  如同上面兩位舉的例子:
→ KaryuuIssen: (0x1230+16)&(~ 0xF)=0x1240  但0x1230本身就已符合
推 ucrxzero: Upbound公式是(byte+align-1)/align
→ ucrxzero: Lowerbound公式是byte/align
→ ucrxzero: &～0x0F就是強制對齊16
→ ucrxzero: +16回錯啦
→ ucrxzero: 會
→ ucrxzero: 你少考慮了原本就是16進位的狀況
→ ucrxzero: *16對齊
推 ucrxzero: 簡單來說就是取upbound 的概念 這題就沒問題了
→ ucrxzero: lowerbound可能會導致ptr小於mem
→ ucrxzero: 所以一定是取upperbound
→ ucrxzero: 是說先別管我最前面兩推的公式，只是感覺那很重要你以
→ ucrxzero: 後一定會遇到
→ bcew: 如前面m大說的，要確保修正後的ptr，指向的1024B都是自己mal
→ bcew: loc的，就是先多要15，ptr+15後再用&修正(扣掉不align部分)
推 ucrxzero: 而且答案其實沒有考慮到最尾巴（多出來尾部使用） 的pa
→ ucrxzero: dding部分
→ ucrxzero: 只是我最前面upperbound用除法這題用NAND而已
→ ucrxzero: 更正 clear flag
→ ucrxzero: 其實答案沒處理結尾padding的處理讓人有點解一半的感覺
→ ucrxzero: 是說我最前面兩推的公式是整數除法喔（無條件捨去
推 ucrxzero: 阿靠腰我前面的兩個公式忘記還要乘以align
→ ucrxzero: 不過概念對就好
推 ucrxzero: 重點就是取16的upbound 其他都不用管
推 wulouise: 可以順便貼原始link嗎?
https://stackoverflow.com/questions/381244/purpose-of-memory-alignment
→ bcew: 有點好奇u大的沒處理padding是什麼，function用ptr，free用m
→ bcew: em，應該是沒overflow也沒leak。
推 ucrxzero: 不是upperbound是rounddown才對= = C++STL用太多了SORRY
→ ucrxzero: *roundup
→ ucrxzero: to bcew : 這樣會浪費一點點最後的空間
→ ucrxzero: 是round-up round-down才對 ==
推 ucrxzero: 破英文
推 ucrxzero: to bcew: 不會怎麼樣 但是 那個多出來的空間不會被mark
→ ucrxzero: 不會被使用
→ ucrxzero: 是不是有寫法讓padding也是16對齊??這個才對吧我想
→ ucrxzero: 要不然樓主找的答案會浪費很多空間，那為啥我不要直接分
→ ucrxzero: 配 2048就好 爽到爆~
→ ucrxzero: 同意?
→ ucrxzero: 網路差 打字一職片段
推 ucrxzero: 是說我錯了 因為分配完才知道mem的起始位置~
→ ucrxzero: 以上都當我放屁
推 Bencrie: 不是有 posix_memalign 可以用？
推 taffy128s: 一串未16-byte aligned 的空間 有可能
→ taffy128s: 頭多1尾多15
→ taffy128s: 頭多2尾多14
→ taffy128s: ...
→ taffy128s: 頭多15尾多1
→ taffy128s: 最壞情況是頭多15尾多1 對吧
→ taffy128s: 所以我無論如何 只要補15讓尾巴變16
→ taffy128s: 開頭位址再 & ~0x0F 就可以了 是吧
推 ucrxzero: 對對對你說的都對
→ ucrxzero: 就是 round-up而已= =
→ bcew: to u大:要滿足起點對齊16B，總量1024B，使用1039B滿足需求，
→ bcew: 不管什麼組合都是前後共15B沒用到，我覺得已經是最小浪費了
→ bcew: ，用更小的空間就有某條件不能滿足。
推 taffy128s: 恩恩 不用這摸激動 我只是提出另一個講法 看看能不能幫
→ taffy128s: 助原po
推 ucrxzero: 我本來是想說分配的時候就決定結尾突然想到這是OS的事情
→ ucrxzero: 很棒GOOD
→ bcew: 果然是有誤會^^
推 wulouise: 原本SO問題的答案很詳細，有另外提到aligned_alloc 可用
推 Apache: 大師
感謝大家熱烈的解答~ 高手真多
不然這部分網路上幾乎都是外國的討論
※ 編輯: suscym (114.137.100.199 臺灣), 11/06/2020 08:52:44
→ suscym: 那實作上 似乎可以先判斷+15前本身是否已是16的倍數 是的
→ suscym:  話就可以不用做後面的事 省時間省memory(不用多配15) 這
→ suscym: 樣對嗎? 還是其實多了這判斷反而不會比較有效率
推 ucrxzero: 你跟我錯一樣的地方欸你要怎麼確認配的mem是16倍數 那
→ ucrxzero: 時候malloc都配完了 原子操作(malloc)就是不讓你這樣子
推 ucrxzero: 那你無限迴圈malloc free 到mem有16對齊好了 我記得lin
→ ucrxzero: ux是 best fit 只能慢慢等
推 CoNsTaR: realloc 的成本和 +15 的成本二選一而已啊
推 ucrxzero: 怕
推 wulouise: 我記得gnu是alloc一定會給alingned過的
推 ucrxzero: 我也覺得奇怪