Основы программирования в Linux

Мэтью Нейл

В итоге, когда приложение исчерпает и физическую память, и область свопинга или когда она превысит максимальный размер стека, ядро откажется выполнить запрос на дальнейшее выделение памяти, может завершить программу и выгрузить ее.

Примечание

Это поведение, сопровождающееся уничтожением процесса, отличается от поведения более старых версий Linux и множества других вариантов UNIX, в которых просто аварийно завершалась функция

malloc

. Называется оно уничтожением из-за нехватки памяти (out of memory (OOM) killer), и хотя может показаться чересчур радикальным,

на самом деле служит разумным компромиссом между возможностью быстрого и эффективного выделения памяти процессам и необходимостью собственной защиты ядра от полного исчерпания ресурсов, что является серьезной проблемой.

Но что это означает для прикладного программиста? В основном благую весть. Система Linux очень умело управляет памятью и позволяет приложениям использовать большие области памяти и даже очень большие единые блоки памяти. Но вы должны помнить о том, что выделение двух блоков памяти в результате не приведет к формированию одного непрерывно адресуемого блока памяти. Вы получите то, что просили: два отдельных блока памяти.

Означает ли этот, по-видимому, неограниченный источник памяти с последующим прерыванием и уничтожением процесса, что в проверке результата, возвращаемого функцией

malloc

, нет смысла? Конечно же нет. Одна из самых распространенных проблем в программах на языке С, использующих динамическую память, — запись за пределами выделенного блока. Когда это происходит, программа может не завершиться немедленно, но вы, вероятно, перезапишите некоторые внутренние данные, используемые подпрограммами библиотеки malloc.

Обычный результат — аварийное завершение последующих вызовов

malloc

не из- за нехватки памяти, а из-за повреждения структур памяти. Такие проблемы бывает трудно отследить, и чем быстрее в программах обнаружится ошибка, тем больше шансов найти причину. В главе 10, посвященной отладке и оптимизации, мы обсудим некоторые средства, которые могут помочь вам выявить проблемы, связанные с памятью.

Неправильное обращение к памяти

Предположим, что вы хотите сделать что-то "плохое" с памятью. В упражнении 7.4 в программе memory4.c вы выделяете некоторую область памяти, а затем пытаетесь записать данные за пределами выделенной области.

Упражнение 7.4. Неправильное обращение к вашей памяти

#include <stdlib.h>

#define ONE_K (1024)

int main {

 char *some_memory;

 char *scan_ptr;

 some_memory = (char *)malloc(ONE_K);

 if (some_memory == NULL) exit(EXIT_FAILURE);

 scan_ptr = some_memory;

 while (1) {

*scan_ptr = '\0';

scan_ptr++;

 }

 exit(EXIT_SUCCESS);

}

Вывод прост:

$ ./memory4

Segmentation fault

Как

это работает

Система управления памятью в ОС Linux защищает остальную систему от подобного некорректного использования памяти. Для того чтобы быть уверенной в том, что одна плохо ведущая себя программа (как эта) не сможет повредить любые другие программы, система Linux прекратила ее выполнение.

Каждая выполняющаяся в системе Linux программа видит собственную карту распределения памяти, которая отличается от карты распределения памяти любой другой программы. Только операционная система знает, как организована физическая память и не только управляет ею в интересах пользовательских программ, но также защищает их друг от друга.

Указатель null

Современные системы Linux, в отличие от ОС MS-DOS, но подобно новейшим вариантам ОС Windows, надежно защищены от записи или чтения по адресу, на который ссылается пустой указатель (

null

), хотя реальное поведение системы зависит от конкретной реализации.

Выполните упражнение 7.5.

Упражнение 7.5. Обращение по указателю

null

Давайте выясним, что произойдет, когда мы попытаемся обратиться к памяти по пустому или null-указателю в программе memory5a.c.

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main {

 char *some_memory = (char*)0;

 printf("A read from null %s\n", some_memory);

 sprintf(some_memory, "A write to null\n");

 exit(EXIT_SUCCESS);

}

Будет получен следующий вывод:

$ ./memory5a

A read from null (null)

Segmentation fault

Как это работает

Первая функция

printf

пытается вывести строку, полученную от указателя

null

; далее

sprintf

пытается записать по указателю

null

. В данном случае Linux (под видом библиотеки GNU С) простила чтение и просто предоставила "магическую" строку, содержащую символы

(null)\0

. Система не столь терпима в случае записи и просто завершила программу. Такое поведение порой полезно при выявлении программных ошибок.

Если вы повторите попытку, но не будете использовать библиотеку GNU С, вы обнаружите, что безадресное чтение не разрешено. Далее приведена программа memory5b.c:

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main {

 char z = *(const char *)0;

 printf("I read from location zero\n");

 exit(EXIT_SUCCESS);