尝试使用 sbrk 减小数据段大小时在 glibc 中中止
[英]Abort in glibc while trying to use sbrk to reduce the size of the data segment
问题描述
在使用 glibc 时，我尝试使用sbrk使用负参数来减少数据段，并发现了一个最奇怪的行为。
我首先malloc ，然后free它，然后用sbrk减少数据段，然后再次malloc与第一个大小相同。
问题是，如果malloc大小（两个malloc大小相同）足够小（32k 或 8 个 4k 页），那么一切正常。 但是当我增加一点malloc - free - malloc大小（到 9 个 4k 页）时，我得到了核心转储。 更奇怪的是，当我提高malloc大小以超过mmap阈值（128k）时，我得到了调整中止行为。
C 代码：
#define _GNU_SOURCE 1
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <unistd.h>
// set MMAP_ALLOC_SIZE to 8 4k-pages it will work,
// set it to 9 4k-pages it raises a 'segmentation fault (core dumped)'
// set it to 33 4k-pages it raises a 'break adjusted to free malloc space' and 'abort (core dumped)'
#define MMAP_ALLOC_SIZE (33 * 4096)
#define PRINT_MEM { \
struct mallinfo mi; \
mi = mallinfo(); \
printf("ptr %p\n", ptr); \
printf("brk(0) %p\n", sbrk(0)); \
printf("heap %d bytes\n", mi.arena); \
printf("mmap %d bytes\n\n", mi.hblkhd); \
}
int main(int argc, char *argv[])
{
void *ptr;
ptr = NULL; PRINT_MEM
printf("1) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...\n");
ptr = malloc(MMAP_ALLOC_SIZE); PRINT_MEM
printf("2) will free malloc ...\n");
free(ptr); PRINT_MEM
printf("3) will reduce brk ...\n");
ptr = sbrk(-100000); PRINT_MEM
printf("4) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ... \n");
ptr = malloc(MMAP_ALLOC_SIZE); PRINT_MEM
printf("5) completion.\n"); // never happens if MMAP_ALLOC_SIZE is > 8 4k-pages
return 0;
}
编译：
gcc -Wall testbrk.c -o testbrk
这为MMAP_ALLOC_SIZE (8 * 4096)提供了成功的 output ：
ptr (nil)
brk(0) 0xf46000
heap 0 bytes
mmap 0 bytes
1) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
ptr 0xf25670
brk(0) 0xf46000
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
2) will free malloc ...
ptr 0xf25670
brk(0) 0xf46000
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
3) will reduce brk ...
ptr 0xf46000
brk(0) 0xf2d960
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
4) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
ptr 0xf25670
brk(0) 0xf2d960
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
5) completion.
以下为MMAP_ALLOC_SIZE (9 * 4096)中止 output ：
ptr (nil)
brk(0) 0x1b7f000
heap 0 bytes
mmap 0 bytes
1) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
ptr 0x1b5e670
brk(0) 0x1b7f000
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
2) will free malloc ...
ptr 0x1b5e670
brk(0) 0x1b7f000
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
3) will reduce brk ...
ptr 0x1b7f000
brk(0) 0x1b66960
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
4) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
Segmentation fault (core dumped)
以及MMAP_ALLOC_SIZE (33 * 4096)的以下调整中止 output ：
ptr (nil)
brk(0) 0x1093000
heap 0 bytes
mmap 0 bytes
1) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
ptr 0x7fdd1c7f6010
brk(0) 0x1093000
heap 135168 bytes
mmap 139264 bytes
2) will free malloc ...
ptr 0x7fdd1c7f6010
brk(0) 0x1093000
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
3) will reduce brk ...
ptr 0x1093000
brk(0) 0x107a960
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
4) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
break adjusted to free malloc space
Aborted (core dumped)
所以sbrk减少调用没有错误，但随后的malloc会引发核心转储，即使足够的 memory 仍然可用。
我做错了什么或者这是数据段调整大小的限制？
2 个解决方案
解决方案1
0 2022-01-09 20:29:56
有据可查的是 glibc malloc内部使用sbrk 。 如果没有另外声明，它也可以使用通过sbrk获得的 memory 用于内部记账目的。 这个内部簿记数据的确切存储位置既没有记录也没有猜测。 因此，取走由malloc （通过sbrk或其他方式）获得的任何memory 可以使该数据无效。
It follows that sbrk with a negative argument should never be used in a program that also uses malloc (and of course any library function that might use malloc , such as printf ). glibc 文档中可能应该包含这样的声明，以使上述推理变得不必要。 有一个声明警告一般不要使用brk和sbrk ：
您通常不会使用本节中的函数，因为 Memory 分配中描述的函数更易于使用。 这些是 GNU C 库 memory 分配器的接口，它使用下面的函数。 下面的函数是系统调用的简单接口。
如果要在 glibc malloc arena 的末尾释放未使用的 memory，请使用malloc_trim() （glibc 扩展，不是标准的 Z0D61F8370CAD1D412F80ZB84D143E125 函数）。
解决方案2
0 2022-01-10 01:26:54
正如接受的答案所建议的那样， malloc_trim 完美地完成了这项工作。 将主要更改为：
int main(int argc, char *argv[])
{
void *ptr;
ptr = NULL; PRINT_MEM
printf("1) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...\n");
ptr = malloc(MMAP_ALLOC_SIZE); PRINT_MEM
printf("2) will free malloc ...\n");
free(ptr); PRINT_MEM
printf("3) will reduce malloc_trim ...\n");
int r = malloc_trim(0); PRINT_MEM
printf("r is %d\n", r);
printf("4) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ... \n");
ptr = malloc(MMAP_ALLOC_SIZE); PRINT_MEM
printf("5) completion.\n"); // never happens if MMAP_ALLOC_SIZE is > 8 4k-pages
return 0;
}
这为 MMAP_ALLOC_SIZE (8 * 4096) 提供了成功的 output：
ptr (nil)
brk(0) 0x4b3000
heap 0 bytes
mmap 0 bytes
1) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
ptr 0x492670
brk(0) 0x4b3000
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
2) will free malloc ...
ptr 0x492670
brk(0) 0x4b3000
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
3) will reduce malloc_trim ...
ptr 0x492670
brk(0) 0x493000
heap 4096 bytes
mmap 0 bytes
r is 1
4) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
ptr 0x492670
brk(0) 0x4bb000
heap 167936 bytes
mmap 0 bytes
5) completion.
以下成功的 output 为 MMAP_ALLOC_SIZE (9 * 4096)：
ptr (nil)
brk(0) 0xe30000
heap 0 bytes
mmap 0 bytes
1) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
ptr 0xe0f670
brk(0) 0xe30000
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
2) will free malloc ...
ptr 0xe0f670
brk(0) 0xe30000
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
3) will reduce malloc_trim ...
ptr 0xe0f670
brk(0) 0xe10000
heap 4096 bytes
mmap 0 bytes
r is 1
4) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
ptr 0xe0f670
brk(0) 0xe39000
heap 172032 bytes
mmap 0 bytes
5) completion.
以及以下成功的 output 为 MMAP_ALLOC_SIZE (33 * 4096)：
ptr (nil)
brk(0) 0xa5b000
heap 0 bytes
mmap 0 bytes
1) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
ptr 0x7fd54f4c3010
brk(0) 0xa5b000
heap 135168 bytes
mmap 139264 bytes
2) will free malloc ...
ptr 0x7fd54f4c3010
brk(0) 0xa5b000
heap 135168 bytes
mmap 0 bytes
3) will reduce malloc_trim ...
ptr 0x7fd54f4c3010
brk(0) 0xa3b000
heap 4096 bytes
mmap 0 bytes
r is 1
4) will malloc > MMAP_THRESHOLD (128 KiB) ...
ptr 0xa3a670
brk(0) 0xa7c000
heap 270336 bytes
mmap 0 bytes
5) completion.
问题解决了！
另请注意，现在使用带有零参数的 malloc_trim 正确更新来自 mallinfo 的堆大小（在竞技场顶部留下一个 4k 页面），而使用带负参数的 sbrk 确实将 brk(0) 向下移动，但保留 mallinfo 堆大小原封不动。
非常感谢:(尽管仍然向 glibc 开发人员填写该错误报告:)
避免使用 .data 段
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