c - 为什么当我写到数组末尾时我的程序没有崩溃？

Question

为什么下面的代码在运行时没有任何崩溃？

而且大小完全取决于机器/平台/编译器!!我什至可以在 64 位机器上放弃 200。如何在操作系统中检测到 main 函数中的段错误？

int main(int argc, char* argv[])
{
    int arr[3];
    arr[4] = 99;
}

这个缓冲空间从何而来？这是分配给进程的堆栈吗？

Answer 1

我之前为了教育目的写的东西......

考虑以下 C 程序:

int q[200];

main(void) {
    int i;
    for(i=0;i<2000;i++) {
        q[i]=i;
    }
}

编译并执行后，产生核心转储:

$ gcc -ggdb3 segfault.c
$ ulimit -c unlimited
$ ./a.out
Segmentation fault (core dumped)

现在使用 gdb 执行事后分析:

$ gdb -q ./a.out core
Program terminated with signal 11, Segmentation fault.
[New process 7221]
#0  0x080483b4 in main () at s.c:8
8       q[i]=i;
(gdb) p i
$1 = 1008
(gdb)

嗯，程序在分配的 200 项之外写入时没有出现段错误，而是在 i=1008 时崩溃，为什么？

输入页面。

在 UNIX/Linux 上可以通过多种方式确定页面大小，一种方式是像这样使用系统函数 sysconf():

#include <stdio.h>
#include <unistd.h> // sysconf(3)

int main(void) {
    printf("The page size for this system is %ld bytes.\n",
            sysconf(_SC_PAGESIZE));

    return 0;
}

给出输出:

The page size for this system is 4096 bytes.

或者可以像这样使用命令行实用程序 getconf:

$ getconf PAGESIZE
4096

事后分析

原来段错误不是发生在i=200，而是发生在i=1008，让我们找出原因。启动 gdb 做一些事后分析:

$gdb -q ./a.out core

Core was generated by `./a.out'.
Program terminated with signal 11, Segmentation fault.
[New process 4605]
#0  0x080483b4 in main () at seg.c:6
6           q[i]=i;
(gdb) p i
$1 = 1008
(gdb) p &q
$2 = (int (*)[200]) 0x804a040
(gdb) p &q[199]
$3 = (int *) 0x804a35c

q 在地址 0x804a35c 处结束，或者更确切地说，q[199] 的最后一个字节位于该位置。页面大小是我们之前看到的 4096 字节，机器的 32 位字大小使虚拟地址分解为 20 位页码和 12 位偏移量。

q[] 以虚拟页码结束:

0x804a = 32842 偏移量:

0x35c = 860 所以还有:

4096 - 864 = 3232 分配 q[] 的内存页上剩余的字节数。该空间可以容纳:

3232/4 = 808 整数，并且代码将其视为在位置 200 到 1008 处包含 q 的元素。

我们都知道这些元素不存在，编译器没有提示，硬件也没有，因为我们对该页面有写权限。只有当 i=1008 时 q[] 引用了我们没有写入权限的不同页面上的地址，虚拟内存 hw 检测到这一点并触发了段错误。

一个整数存储在 4 个字节中，这意味着该页面包含 808(3236/4)个额外的假元素，这意味着从 q[200]、q[201] 一直向上访问这些元素仍然是完全合法的到元素 199+808=1007 (q[1007]) 而不会触发段错误。当访问 q[1008] 时，您进入了一个新的页面，该页面的权限不同。