python无法直接hook malloc/free，必须在c层替换cpython的内存函数指针；可行方案包括编译时修改源码或ld_preload预加载自定义malloc/free/realloc；需注意线程安全、解释器未初始化限制及三套allocator接口（pymem/pyobject/pyarena）的完整覆盖。
Python 里没法直接 hook malloc 和 free
Python 解释器（CPython）本身不提供 API 让你在 Python 层拦截或替换底层 C 的内存分配函数。你写的 sys.settrace 或 __import__ 钩子，对 PyMem_Malloc、PyObject_Malloc 这类 C 层调用完全无效。想靠纯 Python 实现“自定义内存分配器”，本质是行不通的。
唯一可行路径：编译时替换 CPython 的内存函数指针
CPython 在启动时会通过全局函数指针（如 _PyMem_RawMallocFunc、_PyMem_RawFreeFunc）调用内存函数。这些指针在 Objects/obmalloc.c 和 Python/pyarena.c 中被使用，且允许在构建前通过宏或符号重定向覆盖。
实操建议：
- 修改 CPython 源码，在
Python/pylifecycle.c的PyInterpreterState_Init之前，用你自己的函数地址赋值给_PyMem_RawMallocFunc等指针 - 或者更稳妥的方式：用
LD_PRELOAD（linux）或DYLD_INSERT_LIBRARIES（macos）预加载一个共享库，其中强符号定义malloc、free、realloc—— 注意必须同时覆盖所有三个，否则 CPython 内部混用会导致崩溃 - windows 下需用 DLL 注入 + IAT Hook，但 CPython 官方不保证 ABI 稳定性，极易因版本升级失效
- 不要试图只 hook
PyObject_Malloc：CPython 对小对象走 obmalloc 池，大对象才走malloc；而PyMem_RawMalloc可能绕过所有 Python 层 allocator 直接调 C 库，漏掉就等于没 hook
LD_PRELOAD 方案下最常踩的坑
现象：Segmentation fault 在解释器启动早期就发生，甚至卡在 Py_Initialize 前。
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原因和对策：
- 你的
malloc实现里调用了任何 Python C API（比如PyErr_SetString）—— 不行，此时解释器还没初始化，PyThreadState_Get()返回NULL - 没处理线程安全：CPython 启动阶段就有多个线程并发调
malloc（如 GIL 初始化、信号 handler 注册），你的分配器必须带锁，或用 per-thread slab - 忘记导出
realloc：很多系统库（包括 libc 自身）在malloc后会调realloc，缺了就会 fallback 到默认实现，导致内存管理错乱 - 日志写到
stdout或stderr：在LD_PRELOAD早期，FILE*可能未就绪，用write(2)更可靠
为什么连 tracemalloc 都不算“自定义分配器”
tracemalloc 是事后采样（通过 PyMem_SetAllocator 替换 Python 层 allocator，并记录调用栈），它不控制实际内存布局，也不改变分配行为，只是“看”而不是“管”。如果你的目标是内存池复用、NUMA 绑核、或 GPU 内存映射，tracemalloc 无能为力。
真正要接管分配逻辑，就必须在 C 层面对齐 CPython 的三套 allocator 接口：PyMem（C 兼容）、PyObject（对象专用）、PyArena（AST 构建用），每套的 malloc/realloc/free 都得单独 hook，且它们之间有隐式依赖——比如 PyArena 的 alloc 最终可能调 PyObject_Malloc。
不是做不到，但每个 CPython 小版本都可能调整这些函数的调用链或初始化顺序。上线前务必用 valgrind --tool=memcheck 跑满所有测试用例，尤其注意 fork() 后子进程的 allocator 状态是否被继承或重置。