sys_brk

sys_brk（即调用号为12的brk系统调用）是Linux中一个用于动态内存管理的核心系统调用。它直接操作进程的程序中断点（program break），即堆（heap）的结束地址。通过改变这个中断点的位置，程序可以动态地增加或减少其数据段的大小。尽管现代C库（如glibc）通常使用mmap来实现更灵活的内存分配（如malloc），但在底层，sys_brk仍然是扩展堆空间的基本机制。了解sys_brk有助于理解进程地址空间的布局，以及操作系统如何为程序提供可变大小的内存区域。

sys_brk
- 函数原型
  1
  int brk(void *addr);
- 参数
  - addr: 新的程序中断点地址。如果该地址比当前中断点高，则扩大堆；如果比当前中断点低，则缩小堆。如果传入0，系统调用会返回当前程序中断点的地址。
- 返回值
  - 成功时返回新程序中断点地址（即参数addr）。但对于现代x86_64 Linux，为了与旧版内核兼容，返回值在rax中会是0，失败时会是1。
  - 失败时返回-1，并设置errno（如ENOMEM）。

用例

	.equ SYS_BRK, 12
	.equ SYS_WRITE, 1
	.equ SYS_EXIT, 60
	.equ STDOUT, 1
	.equ PAGE_SIZE, 4096

	.section .data
initial_brk:
	.quad 0x0

message:
	.ascii "New memory allocated with sys_brk.\n\0"
	msg_len = . - message

	.section .text
	.globl _start

_start:
	# 获取当前程序中断点地址
	mov $SYS_BRK, %rax
	xor %rdi, %rdi
	syscall

	# 检查返回值以确保成功
	cmp $0, %rax
	je exit_error

	# 将当前中断点地址保存起来
	mov %rax, initial_brk(%rip)

	# 计算新的中断点地址（增加一个页大小）
	add $PAGE_SIZE, %rax

	# 调用 sys_brk 扩展堆
	mov $SYS_BRK, %rax
	mov initial_brk(%rip), %rdi
	add $PAGE_SIZE, %rdi
	syscall

	# 检查返回值，如果失败则退出
	cmp $0, %rax
	jne exit_error

	# 将消息复制到新分配的内存区域
	mov initial_brk(%rip), %rdi
	mov $message, %rsi
	mov $msg_len, %rcx
	cld
	rep movsb

	# 使用 sys_write 打印新内存中的消息
	mov $SYS_WRITE, %rax
	mov $STDOUT, %rdi
	mov initial_brk(%rip), %rsi
	mov $msg_len, %rdx
	syscall

# 退出程序
exit_success:
	mov $SYS_EXIT, %rax
	xor %rdi, %rdi
	syscall

exit_error:
	mov $SYS_EXIT, %rax
	mov $1, %rdi
	syscall

分析：

上述代码演示了如何使用sys_brk系统调用来动态地扩大堆内存。

首先，程序通过调用brk(0)来获取当前的程序中断点地址。在汇编中，这是通过将系统调用号12放入%rax并将%rdi设置为0来完成的。返回的地址会保存在%rax中，程序将其存储在initial_brk变量中。

接着，程序将initial_brk的值增加一个页面大小（4096字节），得到新的中断点地址。然后，它再次调用sys_brk，并将这个新的地址作为参数传递。如果调用成功，内核会调整堆的大小，使程序可以使用这块新分配的内存。

最后，程序将一个字符串消息复制到这个新分配的内存区域，并使用sys_write系统调用将其打印到标准输出。这证明了通过sys_brk分配的内存现在是可访问和可写入的。