59 多次 mmap 虚拟地址的关系

前言

这是来自于网友的一篇帖子

然后我们这里来探究一下这个问题

主要是多次连续的 mmap 获取到的虚拟地址区域是否连续

以及衍生出的一些其他的问题

从 mmap 的实现我们可以知道, mmap 的空间是自顶向下分配的, 因此两块空间应该是连续的, 第一块在上面, 第二块在下面

测试用例

测试用例很简单, 就是多次 mmap 同一个文件, 然后观察一下其地址信息

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

#define LEN (10*4096)

int main(void) {
    int fd;
    char *vadr;

    if ((fd = open("./1.txt", O_RDWR)) < 0) {
        return 0;
    }
    vadr = mmap(0, LEN, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_LOCKED, fd, 0);
    printf("vaddr = 0x%x\n", vadr);
    printf(" ch = %c \n", vadr[10]);


    if ((fd = open("./1.txt", O_RDWR)) < 0) {
        return 0;
    }
    vadr = mmap(0, LEN, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_LOCKED, fd, 0);
    printf("vaddr = 0x%x\n", vadr);
    printf(" ch = %c \n", vadr[10]);

    return 0;
}

程序执行输出如下, 可以证实我们上面的猜想, 但是还有一些细节我们需要去了解

root@ubuntu:~/Desktop/linux/HelloWorld# ./startGdbServer.sh
Test07MmapRead.c: In function ‘main’:
Test07MmapRead.c:19:12: warning: format ‘%x’ expects argument of type ‘unsigned int’, but argument 2 has type ‘char *’ [-Wformat=]
     printf("vaddr = 0x%x\n", vadr);
            ^
Test07MmapRead.c:27:12: warning: format ‘%x’ expects argument of type ‘unsigned int’, but argument 2 has type ‘char *’ [-Wformat=]
     printf("vaddr = 0x%x\n", vadr);
            ^
Process /root/Desktop/linux/HelloWorld/Test07MmapRead created; pid = 52114
Listening on port 1235
Remote debugging from host ::ffff:192.168.220.132, port 44444
vaddr = 0xf7fea000
 ch = f
vaddr = 0xf7fe0000
 ch = f

基于内核的调试多次 mmap 的调用

我们这里先放出一部分调试结果信息作为参照

如下调试会分为两个部分, 一个是内核的调试, 一个是 glibc的调试, 这两部分完整的解释日志的信息

我们这里核心关注的是 1.txt 对应的两段空间, 以及其到堆栈底部的空间

所以 ld-2.23.so, libc-2.23.so 对应的空间应该是 mmap 映射了之后进行了 munmap 因此才有如下奇怪的 mmap 空间的申请, 然后我们这里需要大致梳理清楚如下日志的具体情况

2260992 - 0x228000 - 0x7ffff7dd7000 - 0x7ffff7fff000 - ld-2.23.so
16384 - 0x4000 - 0x7ffff7ff8000 - vdso_image
4096 - 0x1000 - 0x7ffff7ff7000 - system_dirs
4096 - 0x1000 - 0x7ffff7ff6000 - realname libc.so.6 
3973120 - 0x3ca000 - 0x7ffff7a00000 - libc-2.23.so
	0x7ffff7dcf000 - dl_main - openaux - dl_map_segments 
	0x7ffff7dd5000 - dl_main - openaux - dl_map_segments
4096 - 0x1000 - 0x7ffff7ff5000 - dl_main - init_tls - dl_allocate_tls_storage - libc_memalign 
4096 - 0x1000 - 0x7ffff7ff4000 - dl_main - init_tls - dl_allocate_tls_storage - allocate_dtv 
40960 - 0xa000 - 0x7ffff7fea000 - 1.txt
40960 - 0xa000 - 0x7ffff7fe0000 - 1.txt

第一个 mmap 调用如下, 主要是加载 ld-2.23.so, 这个纯粹是在内核的调用, 所以待会儿 glibc 的调试不会碰到它

ld-2.23.so 文件大小接近 160kb 左右

接着 munmap 了没有使用的空间, 现在的情况是 ld-2.23.so 占用的空间是 0x7ffff7dd7000 - 0x7ffff7dfd000

释放掉了空间 0x7ffff7dfd000 - 0x7ffff7fff000

第二个 mmap 调用如下,映射的是 vdso 的镜像, 映射的区间是 0x7ffff7ff8000 - 0x7ffff7ffc000

第三个 mmap 调用如下, 映射的是 “/root/Desktop/linux/glibc-2.23/install/lib” 的字符串, 映射的区间是 0x7ffff7ff7000 - 0x7ffff7ff8000

第四个 mmap 调用如下, 映射的是 “libc.so.6” 对应的一个 linkmap 的一个结构体, 映射的区间是 0x7ffff7ff6000 - 0x7ffff7ff7000

第五个 mmap 调用如下,映射的是 “libc-2.23.so” 的动态库, 映射的区间是 0x7ffff7a0d000 - 0x7ffff7dd7000

空间之所以在这里是因为 ld-2.23.so 的 mmap 映射区只有 2m, 这里需要 3m, 因此继续向前寻找空间, 找到的 ld-2.23.so 前面的一块空间

第六个 mmap 调用如下, dl_main - init_tls - dl_allocate_tls_storage - libc_memalign 映射了 4k 的映射区, 映射的区间是 0x7ffff7ff5000 - 0x7ffff7ff6000

第七个 mmap 调用如下, dl_main - init_tls - dl_allocate_tls_storage - allocate_dtv 映射了 4k 的映射区, 映射的区间是 0x7ffff7ff4000 - 0x7ffff7ff5000

接下来就是我们需要关心的业务 mmap 映射了

目前 mmap 映射区已经使用的空间如下, 接着需要申请两个 40kb 的空间, 在 0x7ffff7dfd000 - 0x7ffff7ff4000 的空间是可以容纳这需求的 2 * 40kb 的

0x7ffff7a0d000 - 0x7ffff7dd7000 = libc-2.23.so
0x7ffff7dd7000 - 0x7ffff7dfd000 = ld-2.23.so
0x7ffff7ff4000 - 0x7ffff7ff5000 = dl_main - init_tls - dl_allocate_tls_storage - allocate_dtv
0x7ffff7ff5000 - 0x7ffff7ff6000 = dl_main - init_tls - dl_allocate_tls_storage - libc_memalign
0x7ffff7ff6000 - 0x7ffff7ff7000 = system_dirs
0x7ffff7ff7000 - 0x7ffff7ff8000 = realname libc.so.6
0x7ffff7ff8000 - 0x7ffff7ffc000 = vdso_image

第八个 mmap 调用申请了 40kb, 申请的空间为 0x7ffff7fea000 - 0x7ffff7ff4000

第九个 mmap 调用申请了 40kb, 申请的空间为 0x7ffff7fe0000 - 0x7ffff7fea000

最终整个 mmap 映射区使用空间如下

0x7ffff7a0d000 - 0x7ffff7dd7000 = libc-2.23.so
0x7ffff7dd7000 - 0x7ffff7dfd000 = ld-2.23.so
0x7ffff7fe0000 - 0x7ffff7fea000 = mmap("1.txt")
0x7ffff7fea000 - 0x7ffff7ff4000 = mmap("1.txt")
0x7ffff7ff4000 - 0x7ffff7ff5000 = dl_main - init_tls - dl_allocate_tls_storage - allocate_dtv 
0x7ffff7ff5000 - 0x7ffff7ff6000 = dl_main - init_tls - dl_allocate_tls_storage - libc_memalign 
0x7ffff7ff6000 - 0x7ffff7ff7000 = system_dirs 
0x7ffff7ff7000 - 0x7ffff7ff8000 = realname libc.so.6 
0x7ffff7ff8000 - 0x7ffff7ffc000 = vdso_image