memcpy & mmap 的误区

Question

我需要在进程之间使用共享内存，我找到了一个示例代码here。首先，我需要学习如何创建一个共享内存块并在其中存储一个字符串。为此，我使用了以下代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

void* create_shared_memory(size_t size) {
  // Our memory buffer will be readable and writable:
  int protection = PROT_READ | PROT_WRITE;

  // The buffer will be shared (meaning other processes can access it), but
  // anonymous (meaning third-party processes cannot obtain an address for it),
  // so only this process and its children will be able to use it:
  int visibility = MAP_ANONYMOUS | MAP_SHARED;

  // The remaining parameters to `mmap()` are not important for this use case,
  // but the manpage for `mmap` explains their purpose.
  return mmap(NULL, size, protection, visibility, 0, 0);
}



int main() {
  char msg[] = "hello world!";

  void* shmem = create_shared_memory(1);
  printf("sizeof shmem: %lu\n", sizeof(shmem));
  printf("sizeof msg: %lu\n", sizeof(msg));
  memcpy(shmem, msg, sizeof(msg));
  printf("message: %s\n", shmem);

}

输出：

sizeof shmem: 8
sizeof msg: 13
message: hello world!

在主函数中，我正在创建 1 字节 共享内存块 (shmem) 并尝试在其中存储 13 字节 信息 (char msg[])。当我打印出shmem 时，它会打印整个消息。我期待，它只打印出 1 字节 消息，在这种情况下只是 "h"。或者它可能会在编译时给出关于内存大小的错误。

问题是我在这里错过了什么？还是有执行问题？ memcpy 在这里重叠吗？感谢您提供任何简短的解释。

提前致谢。

Answer 1

1. 在printf("message: %s\n", shmem); 中，%s 说明符表示要打印从shmem 开始的“字符串”。为此，字符串是以空字符结尾的字符序列。所以printf 打印它在shmem 找到的所有字节，直到空字符。要将其限制为最多一个字符，您可以改用%.1s，也可以使用printf("message: %c\n", * (char *) shmem); 显式打印一个字符。

2. 当您使用mmap 分配内存时，系统以页为单位使用内存。页面的大小因系统而异，但通常为 512 或 4096 字节，而不是 1。mmap 的标准规范仅保证提供您请求的字节数。除此之外，可能还有其他可访问的字节，但您不应依赖它们可用。 （即使它们看起来暂时可用，当您的程序临时换出内存时，系统可能不会将它们保存到磁盘，因此当您的程序被带回内存继续运行时，它们不会被恢复。）

3. sizeof(shmem) 提供shmem 的大小，它是一个指针。所以它提供了指针的大小，在现代系统上通常是四或八字节。它不提供shmem 指向的事物的大小。

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4. memcpy(shmem, msg, sizeof(msg)); 将 13 个字节（msg 的大小）复制到 shmem。这 13 个字节是“hello world！”最后是一个空字符（值 0）。 memcpy 除了您传递的长度参数外，无法知道源或目标的长度。所以它会复制sizeof(msg) 字节。它不将自身限制为shmem 指向的内存大小。传递正确的长度是你的工作。

要回答有关如果您使用的字节数超过 mmap 提供的字节数会发生什么的问题，行为是未定义的。如果超出页面边界，您的程序很可能会崩溃，因为超出该地址的内存未被映射。但是您可能会将字节写入内存中您不希望的位置，这可能会导致各种事情发生，因为它可能会损坏您的程序需要正确执行的代码或数据。

在这种情况下，您没有写超出映射内存。您要求 13 个字节，并且可能得到 4096（或系统上的任何一页）。然后你将这 13 个字节复制到缓冲区并打印出来。所以一切都“奏效了”。

Answer 2

您的代码违反了mmap() 的约定，将超过 1 个字节写入请求的大小为 1 字节的内存映射中。

但是，正如您所发现的，它有时可能适用于某些系统。这可能是因为一页的大小（在内存映射中）是例如4 KB。所以也许映射比请求的要大。尽管如此，你还是没有权利像以前那样使用它。

所以，别这样了。

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您询问这是否应该是编译错误。答案是否定的：编译器没有像mmap() 这样的每个库例程的特殊情况。它不知道mmap() 的size 参数意味着返回的指针只对那么多字节有效。静态分析器可能会解决这个问题，但编译器不会这样做。