本篇将介绍内存映射过程中的一些系统分页边界陷阱，可助你打通任督二脉，掌握内存映射基本的使用和出错处理。
1. 第一种情况
之前有说过在调用mmap函数创建内存映射时，建议指定参数length最好是系统内存分页的整数倍，虽然这并不是强制的，但这么做当然是有原因的，因为参数length恰好是系统内存分页的整数倍，那么内存映射区和文件映射区范围恰好是一样的。
我们来看一个mmap函数在映射时，length不是系统内存分页的整数倍的情况：调用mmap(NULL , 6000 , prot , MAP_SHARED , fd , 0); ，创建一个6000字节大小的内存映射区，我们来看看系统内核会怎么做
图1-length不是系统分页的整数倍
由于length不是系统内存分页的整数倍，那么在真实的映射过程中，系统内核会在内存创建8192大小的映射区（也就是说，系统内核会偷偷调整为内存分页的整数倍）。同理，被打开的文件实际上也会被映射成8192字节大小的真实映射区域。
也就是说，应用程序调用mmap希望创建一个6000字节的内存映射区，但实际上系统内核并没有这样做。应用程序依然可以访问6000 - 8191字节区域，且这个区域的修改操作也会反映到打开的文件中。
当程序试图内存映射区（0 - 8191）之外的字节区域时将会发生段错误并收到SIGSEGV信号，该信号的默认动作是终止进程并打印core dump，SIGSEGV信号表示访问的地址无效，即没有物理内存对应该地址，只要超过了映射区域就是非法访问。
2. 模拟收到SIGSEGV信号实验
模拟程序访问内存映射区之外的区域引发SIGSEGV信号。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
//信号处理函数
void sig_handler(int sig){
if(sig == SIGSEGV){
puts("catch SIGSEGV");
//模拟收到信号，然后进程退出
exit(-1);
}
}
int main(void){
char *addr;
int len = 0;
int ret;
int fd = open("test.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0644);
if (fd < 0){
perror("open error");
}
//捕捉SIGSEGV信号
signal(SIGSEGV , sig_handler);
//拓展文件大小9500
lseek(fd , 9500 , SEEK_SET);
write(fd , "0" , 1);
//指向文件开头
lseek(fd , 0 , SEEK_SET);
//创建6000字节大小的共享映射区，可读写
addr =(char *)mmap(NULL , 6000 , PROT_WRITE|PROT_READ , MAP_SHARED , fd , 0);
if (addr == MAP_FAILED){
perror("mmap err: ");
}
close(fd);
//正常访问
strcpy(addr , "hello world");
printf("%s\n", addr);
//指针越界
int i;
for(i = 0; i < 8192; i++){
addr++;
}
//ddr指针指向超过了内存映射区，此时访问指针将会收到SIGSEGV信号
strcpy(addr , "ABCDEF");
//解除映射
/*
ret = munmap(addr , 1024);
if(ret < 0){
perror("munmap error: ");
}
*/
return 0;
}
程序执行结果：
收到SIGSEGV信号后，进程终止时打印了core dump。
3. 第二种情况
再来看一个更加复杂的情况，当内存映射区域超过了打开文件的大小：调用mmap(NULL , 8192, prot , MAP_SHARED , fd , 0); ，创建一个8192字节大小的内存映射区。
图2-内存映射超过了打开的文件大小
如上图所示，当调用mmap创建一个8192字节大小的内存映射区时（是系统分页的整数倍），系统会在内核中分配一个8192大小的缓冲区。由于打开的文件只有2200字节大小，不是系统分页的整数倍，这种情况下，在进行映射过程中系统内核会偷偷调整为系统分页的整数倍。
虽然内存映射区域被系统调整为4096大小，但实际上内存映射区只有0 - 2199区域被映射到文件，剩下的2200-4095区域依然可以访问，但是在该区域的修改操作将不会反映到打开的文件中，并且这段区域将会初始化为0，同时该区域不会对其他进程共享。
如果试图访问超过映射区域（4096-8191区域）将会收到SIGBUS信号并产生Bus error错误，SIGBUS信号表示指针对应的地址是有效的，但总线不能正常使用该指针。因此创建一个超过打开文件大小的内存映射区可能会产生错误，但是可以通过扩展文件大小（例如lseek函数）使得映射之前不可访问的部分变得可用。
4. 第二种情况模拟实验
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
//SIGSEGV信号
void sig_handler1(int sig){
if(sig == SIGSEGV){
puts("catch SIGSEGV");
//模拟收到信号，然后进程退出
exit(-1);
}
}
//SIGBUS信号
void sig_handler2(int sig){
if(sig == SIGBUS){
puts("catch SIGBUS");
exit(-1);
}
}
int main(void){
char *addr;
int len = 0;
int ret;
int fd = open("test.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0644);
if (fd < 0){
perror("open error");
}
//捕捉SIGSEGV信号
signal(SIGSEGV , sig_handler1);
//捕捉SIGBUS信号
signal(SIGBUS , sig_handler2);
//拓展文件大小2200
lseek(fd , 2200 , SEEK_SET);
write(fd , "0" , 1);
//指向文件开头
lseek(fd , 0 , SEEK_SET);
//创建8192字节大小的共享映射区，可读写
addr =(char *)mmap(NULL , 8192 , PROT_WRITE|PROT_READ , MAP_SHARED , fd , 0);
if (addr == MAP_FAILED){
perror("mmap err: ");
}
//正常访问
strcpy(addr , "hello world");
printf("%s\n", addr);
//指针位移到2200区域
int i;
for(i = 0; i < 2220; i++){
addr++;
}
//可以访问，但修改操作不会反映到文件中
strcpy(addr , "PHP is best");
//指针位移到4096区域
for(i = 0; i < 1896; i++){
addr++;
}
//访问未被映射区域，会收到SIGBUS信号
strcpy(addr , "ABCDEF");
//解除映射
/*
ret = munmap(addr , 1024);
if(ret < 0){
perror("munmap error: ");
}
*/
return 0;
}
程序执行结果：
5. 总结
1. 掌握内存映射过程中的系统分页边界
2. 理解引发SIGSEGV和SIGBUS信号的错误原因和处理