如何保护 mmap() 分配的内存空间不被'new'调用分配？

How can a memory space allocated by mmap() protected from getting allocated by 'new' calls?

本文关键字：分配 调用 new 内存 何保护 保护 mmap 空间      更新时间：2023-10-16

我正在使用特定地址分配空间

mmap(...,PROT_WRITE | PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_FIXED,...)

但是，如果我调用类似new char[large_number]该数组的创建与先前分配的内存段重叠。所以我的问题是我应该怎么做来保护我之前尝试分配的内存段。

编辑：对于以下代码，

char* base_address = (char*)malloc(sizeof(long));
int page_size = getpagesize();
size_t length = page_size;
char* selected_address = (char*)base_address + (page_size - ((long)base_address % page_size));
char* allocated_address = (char*) mmap(selected_address, page_size * 4, PROT_WRITE | PROT_READ
    ,  MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS | MAP_FIXED, -1, 0);
int* a = new int[page_size / 4];
// mprotect(allocated_address, page_size * 4, PROT_READ | PROT_WRITE);
int* b = new (allocated_address) int[page_size / 2];
int* c = new (allocated_address + page_size / 2 ) int[page_size/2];
int* d = (int*)malloc(page_size);
cout << "base_address:" << (int*)base_address << " selected_address:" << (int*)selected_address << " allocated_address:" << (int*)allocated_address << endl;
cout << "a=" << a << " end=" << &a[page_size/4 - 1] << endl;
cout << "b=" << b << " end=" << &b[page_size/2 - 1] << endl;
cout << "c=" << c << " end=" << &c[page_size/2 - 1] << endl;
cout << "d=" << d << " end=" << &d[page_size - 1] << endl;

我得到了 

base_address:0x603010 selected_address:0x604000 allocated_address:0x604000
a=0x603030 end=0x60402c
b=0x604000 end=0x605ffc
c=0x604800 end=0x6067fc
d=0x604040 end=0x60803c

在 mmap 之外分配的 a 和 d 段不应该分配空间吗？

从我的系统上 mmap 的手册页 （OS X）

如果在标志中指定了MAP_FIXED，系统将尝试将映射放置在指定的地址，可能会删除该位置已存在的映射。

您正在强迫mmap()在malloc()交给您的地址上方的第一页上进行映射。 new调用malloc()来获取内存块，并且内存分配器很可能认为它拥有您尝试映射到的页面。 您不会告诉分配器它不能使用该页面，因此它会继续执行该页面。

不要指定MAP_FIXED 。只需使用它返回给您的地址，无需指定MAP_FIXED。

mmap(...,PROT_WRITE | PROT_READ, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS | MAP_FIXED,...)

内存映射只能是MAP_SHARED或MAP_ANONYMOUS，但不能两者兼而有之。

但是，如果我调用类似new char[large_number]该数组的创建与先前分配的内存段重叠。

这是不可能的。忽略mmap调用的返回值，调用很可能失败。

您的实现平台可能会隐式增长堆，方法是跟踪堆使用的最高页面地址，然后在需要时简单地增加它。首次访问以前未使用的页面会生成页面错误，然后 O/S 会自动增加进程的虚拟内存地址空间，从错误的地址开始。

在 Linux 上， 参见 sbrk（2） 手册页 来获取此过程的更完整描述。

所以这里发生的事情是，你明确地请求了一些 mmap（） 到一个地址，正是 C 库接下来将使用的地址，用于分配的内存。C 库愉快地继续增加数据段，侵入您的 mmap-ed 空间。

这是一个简单的案例"医生，我这样挥动手臂很痛";"好了，别这样挥胳膊了。"

Linux 上的 mmap（）

手册页对 mmap（） 的第一个参数提供了以下警告：

如果 addr 为 NULL，则内核选择要创建的地址 映射;这是创建新地图的最便携方法。

NULL 地址会导致内核将新内存段映射到一个地址，该地址远不靠近其他任何地址，也不靠近进程的数据段，并且两者不会相互干扰。

如果像你一样，你在虚拟地址空间中显式地mmap（）处理一个特定的地址，那么你有责任避免遇到麻烦，并确切地知道你的进程中发生了什么，包括C库在做什么。

我还应该注意，为了计算新的 mmaped 地址，您正在计算一个超过当前分配数组末尾的指针地址。

严格来说，这是未定义的行为。在这一点上，就严格的C/C++合规性而言，所有赌注都已关闭。

您的代码是未定义的行为。您正在mmap -ing new或malloc给出的地址。您不应该这样做（并且它经常会因MAP_FIXED而失败，因为new或malloc返回的地址很少是页面对齐的）。

我猜你正在使用Linux。所以代码：

char* allocated_address
    = (char*) mmap(NULL, page_size * 4, 
                   PROT_WRITE | PROT_READ,
                   MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, -1, 0);
if (allocated_address == MMAP_FAILED)
     { perror("mmap"); exit(EXIT_FAILURE); };
int* b = new ((void*)allocated_address) int[page_size / 2];
int* c = new ((void*)(allocated_address + (page_size / 2)*sizeof(int)))
            int[page_size/2];

请注意，数组int[page_size/2]的字节大小为 sizeof(int)*(page_size/2) 。在我的系统（Linux/x86-64/Debian/Sid）上，sizeof(int)是4，page_size是4096。

仔细阅读 mmap（2）。由于 ASLR，mmap的结果（没有 MAP_FIXED ，您几乎不应该使用它，除非再次映射以前 mmaped 的地址段）在一次运行到下一次运行之间通常是不可重现的。

顺便说一句，当你的程序作为pid 1234运行时，在单独的终端中运行cat /proc/1234/maps（从程序内部，你甚至可以逐行顺序读取并解析/proc/self/maps）;它将显示进程1234的地址空间。Read proc（5） 和 Advanced Linux Programming

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