들어가며

1. 서론

• 학업, 근로 환경, 교육 등의 이유로 거주지를 옮겨야 할 때, 가장 먼저 살펴보는 것이 이주할 지역의 부동산 시장일 것이다.
  • 예산과 여유 시간이 넉넉하면 직접 땅을 사고, 주택을 새로 지을 수도 있겠지만 다른 사람이 내놓은 매물 중에 원하는 것을 찾는 것이 일반적이다.
• 이주를 원하는 각 세대는 서로 다른 주거 수요를 가지고 있다.
  • 어떤 세대는 구성원이 많아서 넓은 집을 찾을 수도 있고, 또 어떤 세대는 자녀가 모두 독립해서 관리가 쉬운 적당한 평수의 집을 원할 수도 있다.
  • 이 외에도 각 세대가 처한 환경에 따라 찾으려는 주거지의 조건은 더욱 복잡해진다.
• 이런 특수한 주거지를 개인이 노력해서 찾기는 매우 어렵다.
  • 그래서 대부분의 사람이 부동산 중개 서비스를 이용한다.
  • 부동산 중개업자는 부동산을 파려는 사람이 내놓은 매물들에 대한 정보를 매우 많이 가지고 있다.
  • 부동산을 사려는 사람은 따로 발품을 팔지 않아도 중개업자에게 원하는 매물이 있는지 물어보기만 하면 된다.
  • 만약 원하는 평수, 가격, 위치 등 다양한 조건이 맞아 떨어지는 매물이 있다면 이를 바로 구매할 수 있는 것이다.
• 즉, 부동산 중개업자가 하는 일은 새로운 주거지를 찾는 사람들과 주거지를 파려는 사람들의 만남을 도와서 주거지의 공실을 최대한 줄이고, 부동산 시장의 효율을 높이는 것이라고 할 수 있다.
  • 운영체제에서 이러한 중개업자와 비슷한 역할을 하는 것이 Memory Allocator이다.
• 운영체제의 핵심 역할 중 하나는 한정된 메모리 자원을 각 프로세스에 효율적으로 배분하는 일이다.
  • 모든 프로세스는 실행 중에 메모리를 동적으로 할당하고, 할당한 메모리의 쓰임이 다하면 이를 해제한다.
  • 이 과정은 매우 빈번하게 일어난다. 그래서 운영체제의 Memory Allocator는 이 동작이 빠르고, 메모리의 낭비 없이 이뤄지도록 특수한 알고리즘으로 구현된다.
  • 몇몇 소프트웨어는 직접 구현한 Memory Allocator를 사용하기도 한다.
• Memory Allocator는 구현에 사용된 알고리즘에 따라 여러 종류가 있다.
  • 리눅스는 ptmalloc2,
  • 구글은 tcmalloc,
  • 페이스북이나 파이어폭스는 jemalloc을 사용한다.
  • 그 중, 이 강의에서 다룰 Memory Allocator는 리눅스의 ptmalloc2이다.
• ptmalloc2는 어떤 메모리가 해제되면, 해제된 메모리의 특징을 기억하고 있다가 비슷한 메모리의 할당 요청이 발생하면 이를 빠르게 반환해준다.
  • 이는 부동산 중개업의 원리와 비슷하다. 이를 통해 메모리 할당의 속도를 높일 수 있고, 불필요한 메모리 사용을 막을 수 있다.
  • 비유하자면 주거지 수요를 위해 주택을 새로 짓는 것이 아니라, 발생한 공실을 재사용하는 것이므로 한정된 토지 자원을 소모할 필요가 없어지는 것이다.
• ptmalloc2는 동적 메모리를 관리하는 리눅스의 핵심 알고리즘이며, 이와 관련하여 과거부터 다양한 공격 기법이 연구됐다.
  • 물론, 이제까지의 강의들에서 살펴봤듯, 이런 새로운 공격 기법은 새로운 보호 기법들을 탄생하게 했다.
  • 그 결과, ptmalloc2는 ptmalloc2가 구현된 GLibc의 버전에 따라서 적용할 수 있는 공격 기법에 큰 차이가 생기기도 한다.
• 본 강의는 Ubuntu 18.04 64-bit(Glibc 2.27 버전) 환경을 기준으로 취약점과 공격 기법을 소개한다.
  • 실습을 원활하게 수행하기 위해서는 반드시 주어진 Dockerfile로 환경을 구축한 후 진행하시기를 바란다.
• 이 강의에서는 ptmalloc2의 핵심 개념을 개괄적으로 설명하는 한편, Glibc 2.26부터 도입된 tcache와 관련된 공격 기법들을 간단히 살펴볼 것이다.

2. 실습 환경 Dockerfile

• Ubuntu 18.04 64-bit(Glibc 2.27) 실습 환경 구축을 위한 Dockerfile은 다음과 같다.
  • 다른 버전의 우분투를 사용하는 경우, 이번 강의의 실습을 수행하는 과정이 원활하지 않을 수 있으니 반드시 우분투 18.04 64-bit 환경을 구축한 후 실습하시기를 바란다.

2.1 Ubuntu 18.04 64-bit(Glibc 2.27) 실습 환경 Dockerfile

FROM ubuntu:18.04

ENV PATH="${PATH}:/usr/local/lib/python3.6/dist-packages/bin"
ENV LC_CTYPE=C.UTF-8

RUN apt update
RUN apt install -y \
    gcc \
    git \
    python3 \
    python3-pip \
    ruby \
    sudo \
    tmux \
    vim \
    wget

# install pwndbg
WORKDIR /root
RUN git clone https://github.com/pwndbg/pwndbg
WORKDIR /root/pwndbg
RUN git checkout 2023.03.19
RUN ./setup.sh

# install pwntools
RUN pip3 install --upgrade pip
RUN pip3 install pwntools

# install one_gadget command
RUN gem install one_gadget

WORKDIR /root

• 위 내용을 Dockerfile 이라는 이름의 파일로 저장한 후, 아래의 명령어로 이미지를 빌드하고 컨테이너를 실행한 후 셸을 켤 수 있다.

2.2 도커 이미지 빌드/컨테이너 실행/셸 실행 명령어

$ IMAGE_NAME=ubuntu1804 CONTAINER_NAME=my_container; \
docker build . -t $IMAGE_NAME; \
docker run -d -t --privileged --name=$CONTAINER_NAME $IMAGE_NAME; \
docker exec -it -u root $CONTAINER_NAME bash

ptmalloc2

1. ptmalloc2

1.1 개요

• ptmalloc2(pthread malloc 2)는 Wolfram Gloger가 개발한 Memory Allocator로, Doug Lea의 dlmalloc을 개선한 ptmalloc의 두 번째 버전이다.
  • 이하에서는 버전을 제거하고 ptmalloc이라고 부르겠다.
  • ptmalloc은 리눅스에서 사용하고 있으며, Glibc에 구현돼 있다.
• ptmalloc의 구현 목표는 메모리의 효율적인 관리이다.
  • 이 한 문장에는 여러 세부 목표가 함축되어 있다. 그중 핵심을 추려보면 다음과 같다.
    1. 메모리 낭비 방지
    2. 빠른 메모리 재사용
    3. 메모리 단편화 방지
• ptmalloc을 구성하는 핵심 객체들을 살펴보기 전에, 이 목표들에 대응되는 ptmalloc의 메모리 관리 전략을 알아본다.

1.2 메모리 낭비 방지

• 메모리의 동적 할당과 해제는 매우 빈번하게 일어난다.
  • 그런데 컴퓨터의 전체 메모리는 한정적이므로 새로운 메모리 공간을 무한히 할당할 수는 없다.
  • 그래서 ptmalloc은 메모리 할당 요청이 발생하면, 먼저 해제된 메모리 공간 중에서 재사용할 수 있는 공간이 있는지 탐색한다.
• 해제된 메모리 공간 중에서 요청된 크기와 같은 크기의 메모리 공간이 있다면 이를 그대로 재사용하게 한다.
  • 또한, 작은 크기의 할당 요청이 발생했을 때, 해제된 메모리 공간 중 매우 큰 메모리 공간이 있으면 그 영역을 나누어 주기도 한다.

1.3 빠른 메모리 재사용 ♻️

• 운영체제가 프로세스에게 제공해주는 가상 메모리 공간은 매우 넓다.
  • 따라서 특정 메모리 공간을 해제한 이후에 이를 빠르게 재사용하려면 해제된 메모리 공간의 주소를 기억하고 있어야 한다.
  • 이를 위해 ptmalloc은 메모리 공간을 해제할 때, tcache 또는 bin이라는 연결 리스트에 해제된 공간의 정보를 저장해둔다.
• tcache와 bin은 여러 개가 정의되어 있으며, 각각은 서로 다른 크기의 메모리 공간들을 저장한다.
  • 이렇게 하면 특정 크기의 할당 요청이 발생했을 때, 그 크기와 관련된 저장소만 탐색하면 되므로 더욱 효율적으로 공간을 재사용할 수 있다.

1.4 메모리 단편화 방지 🏝️

• 메모리 단편화(Memory Fragmentation)는 컴퓨터 과학의 메모리 관리 이론에서 다루는 중요한 문제 중 하나이다.
  • 물건을 포장해서 배송할 때, 물건보다 박스가 너무 크면 박스 내부에 빈 공간이 많이 남아서 배송의 효율이 떨어진다.
  • 또한 박스의 모양이 제각각이라서 어떤 박스는 구 모양이고, 어떤 박스는 별 모양이면, 박스를 적재했을 때 박스들 사이에 공간이 많이 생겨서 마찬가지로 배송 효율이 떨어지게 된다.
  • 컴퓨터 과학에서는 전자를 내부 단편화(Internal Fragmentation), 후자를 외부 단편화(External Fragmentation)라고 부른다.
• 내부 단편화는 할당한 메모리 공간의 크기에 비해 실제 데이터가 점유하는 공간이 적을 때 발생한다.
  • 반대로 외부 단편화는 할당한 메모리 공간들 사이에 공간이 많아서 발생하는 비효율을 의미한다.
  • 이를 단편화라고 부르는 이유는 전체 메모리 공간이 여러 데이터들에 의해 부분적으로 점유되기 때문이다.
  • 단편화가 심해질수록, 각 데이터 사이에 공간이 많아져서 메모리 사용의 효율이 감소한다.
• ptmalloc은 단편화를 줄이기 위해 정렬(Alignment)과 병합(Coalescence) 그리고 분할(Split)을 사용한다.
  • 64비트 환경에서 ptmalloc은 메모리 공간을 16바이트 단위로 할당해준다.
  • 사용자가 어떤 크기의 메모리 공간을 요청하면, 그보다 조금 크거나 같은 16바이트 단위의 메모리 공간을 제공한다.
  • 예를 들어, 4바이트를 요청하면 16바이트를, 17바이트를 요청하면 32바이트를 할당해주는 방식이다.
  • 이렇게 공간을 정렬하면 16바이트 이내의 내부 단편화가 발생할 수 있지만, 역설적으로 외부 단편화를 감소시키는 효과가 있다.
• 공간을 정렬하지 않고, 프로세스가 요청하는 만큼 할당할 수 있다면 모든 데이터가 연속적으로 할당되어 외부 단편화를 최소화할 수 있을 것 같다.
  • 그러나 공간을 해제하고 재사용할 때, 정확히 같은 크기의 할당 요청이 발생할 확률보다 비슷한 크기의 요청이 발생할 확률이 높다.
  • 그래서 비슷한 크기의 요청에 대해서는 모두 같은 크기의 공간을 반환해야 해제된 청크들의 재사용률을 높이고, 외부 단편화도 줄일 수 있다.
• 한편, ptmalloc은 특정 조건을 만족하면 해제된 공간들을 병합하기도 한다.
  • 병합으로 생성된 큰 공간은 그 공간과 같은 크기의 요청에 의해, 또는 그보다 작은 요청에 의해 분할되어 재사용된다.
  • 잘게 나뉜 영역을 병합하고, 필요할 때 구역을 다시 설정함으로써 해제된 공간의 재사용률을 높이고, 외부 단편화를 줄일 수 있다.

2. ptmalloc의 객체

• ptmalloc2는 청크(Chunk), bin, tcache, arena를 주요 객체로 사용한다. 각각에 대해 간략히 짚어본다.

2.1 청크🧱

• 청크(Chunk)는 덩어리라는 뜻으로, 여기서는 ptmalloc이 할당한 메모리 공간을 의미한다.
  • 청크는 헤더와 데이터로 구성된다.
  • 헤더는 청크 관리에 필요한 정보를 담고 있으며, 데이터 영역에는 사용자가 입력한 데이터가 저장된다.

• 헤더는 청크의 상태를 나타내므로 사용 중인 청크(in-use)의 헤더와 해제된 청크(freed)의 헤더는 구조가 다소 다르다.
  • 사용 중인 청크는 fd와 bk를 사용하지 않고, 그 영역에 사용자가 입력한 데이터를 저장한다.
• 청크 헤더의 각 요소는 다음과 같다.

3. bin🗑️

• bin은 문자 그대로, 사용이 끝난 청크들이 저장되는 객체이다.
  • 메모리의 낭비를 막고, 해제된 청크를 빠르게 재사용할 수 있게 한다.
• ptmalloc에는 총 128개의 bin이 정의되어 있다.
  • 이 중 62개는 smallbin, 63개는 largebin, 1개는 unsortedbin으로 사용되고, 나머지 2개는 사용되지 않는다.

4. smallbin

• smallbin에는 32 바이트 이상 1024 바이트 미만의 크기를 갖는 청크들이 보관된다.
  • 하나의 smallbin에는 같은 크기의 청크들만 보관되며, index가 증가하면 저장되는 청크들의 크기는 16바이트씩 커진다.
  • 즉, smallbin[0]는 32바이트 크기의 청크를, smallbin[61]은 1008 바이트 크기의 청크를 보관한다.
• smallbin은 원형 이중 연결 리스트(circular doubly-linked list)이며, 먼저 해제된 청크가 먼저 재할당 된다.
  • 이 같은 방식을 FIFO(First-In-First-Out, 선입선출)라고 부른다.
  • 청크를 관리하는 방법에는 크게 LIFO(Last-In-First-Out), FIFO, address-ordered가 있다.
  • 연구에 따르면 LIFO는 속도가 빠르지만 파편화가 심하고, address-ordered는 정렬을 해야 해서 속도는 느리지만 파편화가 가장 적다. FIFO는 그 중간에 있다.
• 이중 연결 리스트의 특성상, smallbin에 청크를 추가하거나 꺼낼 때 연결 고리를 끊는 과정이 필요하다.
  • 열쇠고리에서 열쇠를 빼내려면 고리를 잠시 끊어야 하는 것과 같은 이치이다.
  • ptmalloc은 이 과정을 unlink라고 부른다. 또한, smallbin의 청크들은 ptmalloc의 병합 대상이다.
  • 메모리상에서 인접한 두 청크가 해제되어 있고, 이들이 smallbin에 들어있으면 이 둘은 병합된다.
  • ptmalloc은 이 과정을 consolidation이라고 부른다.
• 아래에서 smallbin의 할당 및 해제, 그리고 병합 과정을 간단히 살펴볼 수 있다.

5. fastbin

• 일반적으로 크기가 작은 청크들이 큰 청크들보다 빈번하게 할당되고 해제된다.
  • 그래서 작은 청크들의 할당과 해제를 효율적으로 하는 게 전체적인 효율성 측면에서 중요하다.
  • 이런 이유로 ptmalloc은 어떤 크기를 정해두고, 이보다 작은 청크들은 smallbin이 아니라 fastbin에 저장한다.
  • 그리고 이들을 관리할 때는 메모리 단편화보다 속도를 조금 더 우선순위 로 둔다.
• fastbin에는 32 바이트 이상 176 바이트 이하 크기의 청크들이 보관되며, 이에 따라 16바이트 단위로 총 10개의 fastbin이 있다.
  • 리눅스는 이 중에서 작은 크기부터 7개의 fastbin만을 사용한다.
  • 즉, 리눅스에서는 32바이트 이상, 128바이트 이하의 청크들을 fastbin 에 저장한다.
• fastbin은 단일 연결 리스트이다.
  • 단일 연결리스트이므로 청크를 꺼낼 때 꺼낸 청크의 앞과 뒤를 연결하는 unlink 과정을 수행하지 않아도 된다.
  • 또한, fastbin은 속도는 빠르지만 다른 방법에 비해 파편화가 심한 LIFO의 방법으로 사용된다.
  • 이에 따라 나중에 해제된 청크가 먼저 재할당된다.
  • 마지막으로, fastbin에 저장되는 청크들은 서로 병합되지 않는다.
  • 그래서 청크 간 병합에 사용되는 연산도 아낄 수 있다.
• 아래에서 fastbin의 할당과 해제 과정을 살필 수 있다.

6. largebin

• largebin은 1024 바이트 이상의 크기를 갖는 청크들이 보관된다.
  • 총 63개의 largebin이 있는데, smallbin, fastbin과 달리 한 largebin에서 일정 범위 안의 크기를 갖는 청크들을 모두 보관한다.
  • 이 범위는 largebin의 인덱스가 증가하면 로그적으로 증가한다.
  • 예를 들어, largebin[0]는 1024 바이트 이상, 1088 바이트 미만의 청크를 보관하며, largebin[32]는 3072 바이트 이상, 3584 바이트 미만의 청크를 보관한다.
  • 이런 방법을 사용하면 적은 수의 largebin으로 다양한 크기를 갖는 청크들을 관리할 수 있다.
• largebin은 범위에 해당하는 모든 청크를 보관하기 때문에, 재할당 요청이 발생했을 때 ptmalloc은 그 안에서 크기가 가장 비슷한 청크(best-fit)를 꺼내 재할당한다.
  • 이 과정을 빠르게 하려고 ptmalloc은 largebin안의 청크를 크기 내림차순으로 정렬한다.
  • largebin은 이중 연결 리스트이므로 재할당 과정에서 unlink 도 동반된다. 또한, 연속된 largebin 청크들은 병합의 대상이 된다.

7. unsortedbin

• unsortedbin은 문자 그대로, 분류되지 않은 청크들을 보관하는 bin이다.
  • unsortedbin은 하나만 존재하며, fastbin에 들어가지 않는 모든 청크들은 해제되었을 때 크기를 구분하지 않고 unsortedbin에 보관된다.
  • unsortedbin은 원형 이중 연결 리스트이며 내부적으로 정렬되지는 않는다.
• smallbin 크기에 해당하는 청크를 할당 요청하면, ptmalloc은 fastbin 또는 smallbin을 탐색한 뒤 unsortedbin을 탐색한다.
  • largebin의 크기에 해당하는 청크는 unsortedbin을 먼저 탐색한다.
  • unsortedbin에서 적절한 청크가 발견되면 해당 청크를 꺼내어 사용한다.
  • 이 과정에서, 탐색된 청크들은 크기에 따라 적절한 bin으로 분류된다.
• ptmalloc은 unsortedbin을 활용하여 불필요한 연산을 줄이고, 성능을 최적화한다.
  • 연구에 따르면, 어떤 청크를 해제한 다음에 비슷한 크기의 청크를 바로 할당하거나, 또는 한번에 여러 청크들을 연속적으로 해제하는 경우가 빈번하게 발생한다고 한다.
• 전자의 상황에서 unsortedbin을 사용하면, 청크 분류에 낭비되는 비용을 없앨 수 있다.
  • 또한, 청크의 크기가 largebin의 범위에 속하면 청크를 연결할 적절한 위치를 탐색해야 하는데 이 과정도 생략할 수 있다.
  • 한편, 후자의 상황에서는 연속적으로 청크를 해제하면서, 병합하고 재분류하는 과정이 반복적으로 발생한다.
  • unsortedbin을 사용하면 이러한 비용도 줄일 수 있다.

8. arena

• arena는 fastbin, smallbin, largebin 등의 정보를 모두 담고 있는 객체이다.
  • 멀티 쓰레드 환경에서 ptmalloc은 레이스 컨디션 을 막기 위해 arena에 접근할 때 arena에 락 을 적용한다.
  • 그런데 이 방식을 사용하면 레이스 컨디션은 막을 수 있지만, 반대로 병목 현상을 일으킬 수 있다.
• ptmalloc은 이를 최대한 피하기 위해 최대 64개의 arena를 생성할 수 있게 하고 있다.
  • arena에 락이 걸려서 대기해야 하는 경우, 새로운 arena를 생성해서 이를 피할 수 있다.
  • 그런데, 생성할 수 있는 갯수가 64개로 제한되어 있으므로 과도한 멀티 쓰레드 환경에서는 결국 병목 현상이 발생한다.
  • 그래서 glibc 2.26에서는 tcache를 추가적으로 도입했다.

💡레이스 컨디션(Race Condition)

레이스 컨디션은 어떤 공유 자원을 여러 쓰레드나 프로세스에서 접근할 때 발생하는 오동작을 의미한다. 예를 들어, 한 쓰레드가 어떤 사용자의 계정 정보를 참조하고 있는데, 다른 쓰레드가 그 계정 정보를 삭제하면, 참조하고 있던 쓰레드에서는 삭제된 계정 정보를 참조하게 된다. 이는 경우에 따라 심각한 보안 문제로 이어질 수 있다.

• 이런 문제를 막기 위해 멀티 쓰레딩을 지원하는 프로그래밍 언어들은 락(Lock) 기능을 제공한다.
  • 락은 문자 그대로 자물쇠의 역할을 한다.
  • 한 쓰레드에서 어떤 공유 자원에 락을 걸면, 그 공유 자원을 이용하려는 다른 쓰레드는 락이 해제될 때까지 기다려야 한다.
  • 공유 자원을 사용하는 동안 락을 걸어 놓음으로써 다른 쓰레드에 의한 조작을 차단할 수 있고, 레이스 컨디션을 방지할 수 있다.
• 그런데 락은 쓰레드를 무제한으로 대기시키기 때문에, 구현을 잘못하거나 쓰레드의 수가 과다하게 많아지면 병목 현상을 일으킬 수 있다.
  • 락으로 발생하는 대표적인 문제 중 하나가 데드락(Deadlock)이다.
  • 여러 쓰레드가 서로 물리고 물려서 어떤 쓰레드도 락을 해제하지 못하는 상황을 의미한다.

9. tcache

• tcache는 thread local cache의 약자이다.
  • 이름에서 알 수 있듯, 각 쓰레드에 독립적으로 할당되는 캐시 저장소를 지칭한다.
  • tcache는 glibc 버전 2.26에서 도입되었으며, 멀티 쓰레드 환경에 더욱 최적화된 메모리 관리 메커니즘을 제공한다.
• 각 쓰레드는 64개의 tcache를 가지고 있다.
  • tcache는 fastbin과 마찬가지로 LIFO 방식으로 사용되는 단일 연결리스트이며, 하나의 tcache는 같은 크기의 청크들만 보관한다.
  • 리눅스는 각 tcache에 보관할 수 있는 청크의 갯수를 7개로 제한하고 있는데, 이는 쓰레드마다 정의되는 tcache의 특성상, 무제한으로 청크를 연결할 수 있으면 메모리가 낭비될 수 있기 때문이다.
  • tcache에 들어간 청크들은 병합되지 않는다.
• tcache에는 32 바이트 이상, 1040 바이트 이하의 크기를 갖는 청크들이 보관된다.
  • 이 범위에 속하는 청크들은 할당 및 해제될 때 tcache를 가장 먼저 조회한다.
  • 청크가 보관될 tcache가 가득찼을 경우에는 적절한 bin으로 분류된다.
• tcache는 각 쓰레드가 고유하게 갖는 캐시이기 때문에, ptmalloc은 레이스 컨디션을 고려하지 않고 이 캐시에 접근할 수 있다.
  • arena의 bin에 접근하기 전에 tcache를 먼저 사용하므로 arena에서 발생할 수 있는 병목 현상을 완화하는 효과가 있다.
• tcache는 보안 검사가 많이 생략되어 있어서 공격자들에게 힙 익스플로잇의 좋은 도구로 활용되고 있다.
• 아래에서 tcache를 활용한 메모리 할당과 해제 과정을 살필 수 있다.

마치며

1. 마치며

• 이번 강의에서는 ptmalloc2를 구성하는 핵심 객체들과 청크들을 관리하는 메커니즘을 개략적으로 알아보았다.
  • ptmalloc2에는 강의에서 배운 내용보다 훨씬 복잡하고, 다양한 원리가 내재되어 있다.
  • 이 내용들을 이해해야 ptmalloc2와 관련된 공격 기법들을 모두 이해할 수 있지만, 이 강의에서는 더 깊이 들어가지는 않고 마치도록 하겠다. 학습 수고하셨다. 🚩

2. 키워드

• Memory Allocator:
  • 프로세스의 요청에 따라 동적으로 메모리를 할당 및 해제해주는 주체, 또는 관련된 알고리즘들의 집합이다.
  • dlmalloc, ptmalloc, jemalloc, tcmalloc 등이 있으며, 리눅스는 그 중에서 ptmalloc2를 사용한다.
  • 구현되는 방식은 다소 차이가 있지만, 핵심 목표는 메모리 단편화의 최소화, 공간 복잡도 및 시간 복잡도의 최적화이다.
• ptmalloc(pthread memory-allocation):
  • dlmalloc을 모태로하는 메모리 할당자이다.
  • malloc, free, realloc 등을 기반으로 사용자의 동적 메모리 요청을 처리한다.
  • 사용하는 주요 객체로는 청크, bins, arena, tcache가 있다.
• 청크(Chunk):
  • ptmalloc2가 메모리를 할당하는 단위이다.
• bins:
  • 해제된 청크들을 보관한다.
  • ptmalloc은 bin을 이용하여 청크를 빠르게 재할당하고, 단편화를 최소화한다.
  • bins에는 fastbin, smallbin, largebin, unsortedbin이 있다.
• arena:
  • ptmalloc이 관리하는 메모리들의 정보가 담겨있다. 모
  • 든 쓰레드가 공유하는 자원으로, 한 쓰레드가 이를 점유하면 race condition을 막기 위해 lock이 걸린다.
  • 병목 현상을 막기 위해 64개까지 생성 가능하지만, 이를 초과할 정도로 많은 연산이 발생하면 병목 현상이 일어난다.
• tcache:
  • 쓰레드마다 해제된 청크들을 보관하는 저장소이다.
  • 멀티 쓰레드 환경에서 arena가 가지고 있는 병목 현상의 문제를 일부 해결해줄 수 있다.
  • 쓰레드마다 할당되므로 용량을 고려하여 각 tcache당 7개의 청크만 보관할 수 있다.