c - mmap 导致堆栈损坏，涉及内核？

Question

这段代码出现段错误:

#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdio.h>

#define CHUNKSIZE 4096

int main(int argc, char **argv) {
    printf("Hallo!\n"); // does not segfault without this line

    void* first_chunk = mmap(NULL, CHUNKSIZE, PROT_NONE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, 0, 0);
    void* next_chunk_addr = (void*) ((char*)first_chunk + CHUNKSIZE);
    mmap(next_chunk_addr, CHUNKSIZE, PROT_NONE, MAP_SHARED | MAP_FIXED | MAP_ANONYMOUS, 0, 0);

    printf("Bumm!\n"); // segfaults
}

即使第二个 mmap 调用的地址无效，我相信我应该得到 MAP_FAILED 而不是损坏的堆栈。

GDB 给我这个:

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00007ffff7a94104 in _IO_file_xsputn () from /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
(gdb) bt
#0  0x00007ffff7a94104 in _IO_file_xsputn () from /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
#1  0x00007ffff7a8ad79 in puts () from /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
#2  0x0000000000400591 in main (argc=1, argv=0x7fffffffdf28) at test.cpp:14
(gdb) x/i $rip
=> 0x7ffff7a94104 <_IO_file_xsputn+324>:    mov    %dl,(%r8,%rax,1)

他为什么要尝试从 0x7ffff7ff8000 读取，这与他应该打印的内容无关？

在另一台机器上，我们得到了这个堆栈跟踪和相关代码:

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00007ffff7b0985a in mmap64 () at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:81
81  ../sysdeps/unix/syscall-template.S: No such file or directory.

这与内核端有关系吗？

这发生在三个不同的 Linux 系统上，使用 gcc 和 clang。在 OS X 下什么也不会发生。

Answer 1

内核的行为完全符合预期。请注意 mmap(2) documentation 中的这句话在 MAP_FIXED 上:

If the memory region specified by addr and len overlaps pages of any existing mapping(s), then the overlapped part of the existing mapping(s) will be discarded.

如果你做 strace(1)该程序的一部分，您会看到正在发生的事情:

...
mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f0710755000
write(1, "Hallo!\n", 7)                 = 7
mmap(NULL, 4096, PROT_NONE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, 0, 0) = 0x7f0710754000
mmap(0x7f0710755000, 4096, PROT_NONE, MAP_SHARED|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, 0, 0) = 0x7f0710755000
--- SIGSEGV (Segmentation fault) @ 0 (0) ---
+++ killed by SIGSEGV (core dumped) +++

对 printf() 的第一次调用(如您所见，编译器已将其优化为对 puts() 的调用)使用 malloc 分配了一些内存()(因为 stdout 被缓冲)，调用 mmap()。然后，程序调用 mmap(NULL) 并获取 紧接 printf 分配的内存之前的页面。第二次调用 mmap() 会在已经分配的页面之上分配一个新页面，将其清零并破坏 malloc 的内部数据结构。随后对 printf()(实际上是 puts())的调用在访问那些损坏的数据结构时崩溃，因为它试图追加到它认为已分配的内存缓冲区。