shmget 如何分配内存？无法使用线性寻址访问（地址边界错误）

Posted 2023-02-21

【中文标题】shmget 如何分配内存？无法使用线性寻址访问（地址边界错误）

【英文标题】：How does shmget allocate memory? Cannot access with linear addressing (Address Boundary error)

【发布时间】：2020-01-16 07:21:35

【问题描述】：

在以下示例中，我尝试使用shmget 为一个整数和10 个foo 结构分配内存，并尝试线性访问它们。但是，它会出现“地址边界错误”。

对于 MacOS 系统（但在 Linux 上应该相同），我尝试分配两个数据结构应该占用的确切内存量，并尝试对它们进行线性字节寻址。

#include <stdio.h>
#include <sys/shm.h>

typedef struct 
  int f1;
  int f2;
 foo;

int main() 
  // Size of memory. Consider, int size to be 4. (4 + 8 * 10 = 84 bytes)
  const int shmsz = sizeof(int) + sizeof(foo) * 10; 

  // Create shared mem id.
  const int shmid = shmget(IPC_PRIVATE, shmsz, 0666);
  if (shmid < 0) 
    perror("shmget failed.");
    return 1;
  

  // Pointer to the shared memory. Cast as char* for byte addressing.
  char* shmemPtr = (char*) shmat(shmid, 0, 0);
  if (*shmemPtr == -1) 
    perror("shmat failed.");
    return 1;
  

  // The integer should point to the first 4 bytes. This is the same as
  // the address pointed to by shmemPtr itself.
  int* iPtr = (int*) shmemPtr[0];

  // The 80 bytes for the 10 foos range from index 4 -> 83
  foo* fPtr = (foo*) ((void*) shmemPtr[sizeof(int)]);

  printf("i: %p\n", iPtr); // why is this 0x0 ?
  printf("x: %p\n", fPtr); // why is this 0x0 ?

  *iPtr = 0; // <-- This dereference crashes, probably since the address of iPtr is 0x0

在分配内存并通过shmat 接收指向它的指针后，我尝试创建的任何指向分配内存的指针都是0x0，并且任何取消引用都会（正确地）使程序崩溃。我希望 int* 和 foo* 是指向共享内存的有效指针。

我只是用 C/C++ 涉足一些系统的东西，所以如果我在这里遗漏了任何东西，请原谅我。

【问题讨论】：

这是错误的：int* iPtr = (int*) shmemPtr[0];。 shmemPtr 是指向 char 的指针，所以 shmemPtr[0] 是 char。您不应该将 char 转换为指针。您可能需要int *iPtr = (int *) shmemPtr; 或int *iPtr = (int *) &shmemPtr[0];。你的编译器应该已经警告你了。如果没有，请将-Wall 添加到您的编译器开关中。

同样，foo* fPtr = (foo*) ((void*) shmemPtr[sizeof(int)]); 应该是 foo *fPtr = (foo *) &shmemPtr[sizeof(int)];。

这是错误的：*shmemPtr == -1。如果shmat 失败，它会返回一个在其“值”中为-1 的指针。它不指向包含 -1 的内存位置。与shmemPtr == (char *) -1比较。

@EricPostpischil 完成了这项工作。我认为这与我没有正确引用指针有关。感谢您提供有关编译器标志的提示！

用你正在编译的语言标记这样的问题，而不是 C 和 C++。你用的是哪个？

【参考方案1】：

char* shmemPtr = (char*) shmat(shmid, 0, 0);

你现在有一个指向你的共享内存块的指针。它是一个char *，指向块的开始。到目前为止，一切顺利。

int* iPtr = (int*) shmemPtr[0];

由于shmemPtr 是char *，shmemPtr[0] 是它的第一个字节。以上，莫名其妙地将单个字节转换为int *。当然，这毫无意义。

您显然打算将shmemPtr 重新解释为指向您的int 的指针，因此您可以通过*iPtr 来读取您希望位于共享内存块中的第一个int。如果是这样，应该是：

int* iPtr = (int*) shmemPtr;

这是针对 C 的。如果您使用的是 C++，您还可以帮助您的编译器帮助您免于自找麻烦：

int* iPtr = reinterpret_cast<int *>(shmemPtr);

砥砺前行，我们来到：

foo* fPtr = (foo*) ((void*) shmemPtr[sizeof(int)]);

恭喜。 shmemPtr[sizeof(int)] 显然是shmemPtr[4]，或共享内存块中的第五个字节；你只是拖着你的编译器，踢着和尖叫着，先把那个单字节转换成void *，然后再转换成foo *。

显然，您的意思是计算那个字节的地址，然后重新解释它。

foo* fPtr = (foo *)(shmemPtr + sizeof(int));   /* C default */

foo* fPtr = reinterpret_cast<foo *>(shmemPtr + sizeof(int)); /* Preferred in C++ */

由于特定于平台的对齐问题，这仍然可能是也可能不是 100% 正确。但这将是一个好的开始。

【讨论】：

谢谢。如果它不会总是像这样对齐，那么如何以便携的方式做我正在尝试的事情？我是否为每个组件单独创建共享内存？

C++ 标签刚刚被删除——这样做是有道理的（没有特定于 C++ 的代码）。但是，不幸的是，这使得reinterpret_cast 不合适。对于是否恢复 C++ 标签或建议您从答案中删除仅限 C++ 的建议，我有两种看法。你有偏好吗？

这里可以介绍 C 和 C++。就对齐而言，在这样的简单情况下，性能不是问题，在计算地址后，通常的方法是简单地将memcpy 转换为单独声明的struct。

@SamVarshavchik：过去我不得不寻找特定于 C 或 C++ 的答案。也许您认为您可以通过提供两者/任何一个的答案来提供帮助，但是混乱的搜索结果是有代价的。不得不查看太多答案以丢弃不适用的答案可能会很麻烦。