使用 fork() 会产生内存映射

Question

我想使用 fork 和分治法将数字相加。这个想法是我填充一个数组，我正在检查它的长度，使用“左”和“右”变量。

如果长度为 1，它只返回数字，如果它是 2，它将两个数字相加并返回它们的总和。如果长度大于 2，我设置一个“中间”变量并将数组分成两部分，它们有两个总和，然后我将它们加在一起并返回最终总和。

数组的两个部分正在由我用 fork 创建的不同进程处理。父进程总是等待子进程完成，父进程通过管道获取子进程的总和，所以它们不应该发生冲突，但是如果要添加的整数个数超过 6，则它不起作用。这是代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int DivEtImp(int left, int right, int v[]) {
    switch (right-left) {
        case 0 : return v[left]; break;
        case 1 : return v[left]+v[right]; break;
        default : {
            int pfd[2];
            if (pipe (pfd) < 0)
                        perror("Pipe error !");
            int middle;
            middle=(left+right)/2;
            pid_t pid;
            pid = fork();
            if ( pid < 0 )
                perror("Fork error !\n");
            else {
                if ( pid == 0 ) { // Child process.
                    close(pfd[0]);
                    int s;
                    s =  DivEtImp(left,middle,v);
                    write(pfd[1],&s,sizeof(int));
                    exit(0);
                }
                else {
                    wait(NULL); // Parent process.
                    close(pfd[1]);
                    int s2,s3;
                    s2 = DivEtImp(middle+1,right,v);
                    read(pfd[0],&s3,sizeof(int));
                    return s2+s3;
                }
            }
        }
    }
}

int main() {
    int n,i,sum,a;
    int* v;
    FILE *f = fopen("input.dat","r");
    v = (int*)malloc(sizeof(int));
    fscanf(f,"%d",&n);
    for (i=0;i<n;i++) {
        fscanf(f,"%d",&a);
        v[i]=a;
    }
    fclose(f);
    sum = DivEtImp(0,n-1,v);
    f=fopen("output.dat","w");
    fprintf(f,"sum : %d\n",sum);
    fclose(f);
    free(v);
    return 0;
}

如果 input.dat 看起来像这样：

6
1 2 3 4 5 6

我得到了结果：

sum : 21

但是输入更多的数字：

7
1 2 3 4 5 6 7

我明白了：

*** Error in `./p': munmap_chunk(): invalid pointer: 0x0000000001c73260 ***
======= Backtrace: =========
/lib64/libc.so.6(+0x7925b)[0x7f0a46c9225b]
/lib64/libc.so.6(cfree+0x1f8)[0x7f0a46c9f4c8]
/lib64/libc.so.6(_IO_setb+0x4b)[0x7f0a46c969ab]
/lib64/libc.so.6(_IO_file_close_it+0xae)[0x7f0a46c94a6e]
/lib64/libc.so.6(fclose+0x1bf)[0x7f0a46c8777f]
./p[0x400bc1]
/lib64/libc.so.6(__libc_start_main+0xf1)[0x7f0a46c39401]
./p[0x4008ca]
======= Memory map: ========
00400000-00401000 r-xp 00000000 fd:00 432360                             /home/CaTNiP/Documents/fork/p
00601000-00602000 r--p 00001000 fd:00 432360                             /home/CaTNiP/Documents/fork/p
00602000-00603000 rw-p 00002000 fd:00 432360                             /home/CaTNiP/Documents/fork/p
01c73000-01c94000 rw-p 00000000 00:00 0                                  [heap]
7f0a46a02000-7f0a46a18000 r-xp 00000000 fd:00 269994                     /usr/lib64/libgcc_s-6.2.1-20160916.so.1
7f0a46a18000-7f0a46c17000 ---p 00016000 fd:00 269994                     /usr/lib64/libgcc_s-6.2.1-20160916.so.1
7f0a46c17000-7f0a46c18000 r--p 00015000 fd:00 269994                     /usr/lib64/libgcc_s-6.2.1-20160916.so.1
7f0a46c18000-7f0a46c19000 rw-p 00016000 fd:00 269994                     /usr/lib64/libgcc_s-6.2.1-20160916.so.1
7f0a46c19000-7f0a46dd6000 r-xp 00000000 fd:00 269812                     /usr/lib64/libc-2.24.so
7f0a46dd6000-7f0a46fd5000 ---p 001bd000 fd:00 269812                     /usr/lib64/libc-2.24.so
7f0a46fd5000-7f0a46fd9000 r--p 001bc000 fd:00 269812                     /usr/lib64/libc-2.24.so
7f0a46fd9000-7f0a46fdb000 rw-p 001c0000 fd:00 269812                     /usr/lib64/libc-2.24.so
7f0a46fdb000-7f0a46fdf000 rw-p 00000000 00:00 0 
7f0a46fdf000-7f0a47004000 r-xp 00000000 fd:00 269637                     /usr/lib64/ld-2.24.so
7f0a471eb000-7f0a471ed000 rw-p 00000000 00:00 0 
7f0a47201000-7f0a47204000 rw-p 00000000 00:00 0 
7f0a47204000-7f0a47205000 r--p 00025000 fd:00 269637                     /usr/lib64/ld-2.24.so
7f0a47205000-7f0a47206000 rw-p 00026000 fd:00 269637                     /usr/lib64/ld-2.24.so
7f0a47206000-7f0a47207000 rw-p 00000000 00:00 0 
7ffce2cc4000-7ffce2ce5000 rw-p 00000000 00:00 0                          [stack]
7ffce2d75000-7ffce2d77000 r--p 00000000 00:00 0                          [vvar]
7ffce2d77000-7ffce2d79000 r-xp 00000000 00:00 0                          [vdso]
ffffffffff600000-ffffffffff601000 r-xp 00000000 00:00 0                  [vsyscall]
Aborted (core dumped)

显然，如果数组至少有 7 个元素，代码会执行多个 fork 和 pipe，但我不知道是哪一个导致了错误，以及如何修复它。提前致谢。

Answer 1

每个（分叉的）process 都有自己的 virtual address space（默认情况下不与其他人共享内存）。

还有你的

v = (int*)malloc(sizeof(int)); // wrong

大错特错。你应该分配一个足够大的v。您当前的代码有一些buffer overflow（undefined behavior 的一个实例）。学习使用valgrind。

你应该替换

// bad code
v = (int*)malloc(sizeof(int));
fscanf(f,"%d",&n);

与

n=0;
if (fscanf(f, "%d", &n)<1 || ((n<0) && (errno=EINVAL)) {
    perror("fscanf n"); exit(EXIT_FAILURE);
}
v = calloc(n, sizeof(int));
if (v==NULL)  {
    perror("calloc v"); exit(EXIT_FAILURE);
}

^{（当n<0 时，我将errno 明确设置为EINVAL，以便perror 输出一个合理的错误）}

仅供参考，另请参阅 shm_overview(7) 和 sem_overview(7)，但在您的情况下，它们不是必需的。请注意，calloc 可能正在使用mmap(2)（或sbrk）。