记64位地址截断引发的挂死问题

墨蓝 2021-12-24 14:29 169阅读 0赞

来源：公众号【编程珠玑】

作者：守望先生

[https://www.yanbinghu.com/2019/06/25/47531.html][https_www.yanbinghu.com_2019_06_25_47531.html]

## 前言 ##

最近要将整个项目的代码从原先的只支持32位变成同时支持32位和64位，这个过程中遇到一个很不容易定位的挂死问题，花了不少时间才定位解决，因此分享给大家。

## 32位和64位代码区别 ##

在分享之前，需要了解一下32位和64位程序代码有何区别，它的主要区别体现在某些数据类型的占用字节大小的不同：

<table style="width:100px;"> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="border-color:#cccccc;text-align:left;">数据类型</th> 
   <th style="border-color:#cccccc;text-align:left;">32位</th> 
   <th style="border-color:#cccccc;text-align:left;">64位</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">long</td> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">4字节</td> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">8字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">unsigned long</td> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">4字节</td> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">8字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">指针</td> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">4字节</td> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">8字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">size_t</td> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">4字节</td> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">8字节</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">ssize_t</td> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">4字节</td> 
   <td style="border-color:#cccccc;text-align:left;">8字节</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

这些是主要的差别。

那么为什么要切64位呢？原因也很简单，32位寻址范围有限，能使用的最大内存也是非常有限的，因此需要使其能够支持64位，这个过程需要修改编译工程，编译第三方库为64位，修改代码等等。当然这些都不是本文的重点，本文仅介绍遇到的这个典型的问题。

## 问题描述 ##

由于项目本身涉及的系统比较复杂，因此简单分享一下定位过程，下一节将通过简洁的示例程序来说明。

问题现象：向服务器发送一条操作指令后直接挂死

分析解决过程简化为如下步骤：

最终确实如此。

具体是为什么呢？

## 简化示例 ##

示例代码分别放在main.c和test.c中，main.c内容如下：

//main.c//公众号编程珠玑
    //公众号编程珠玑
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    int main(void)
    {
        void *p = NULL;
        //打印p的地址
        printf("%p\n",&p);
        //为p赋值
        p = testFun();
        printf("%p\n",p);
        //释放内存
        free(p);
        p = NULL;
        return 0;
    }

test.c的内容如下：

//test.c#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    void *testFun()
    {
       //申请内存需要足够大，能方便达到本文的示例效果
        void *p = (void*)malloc(1024*1024*10);
        if(NULL == p)
        {
            printf("malloc failed\n");
        }
        printf("malloc success,p = %p\n",p);
        return p;
    }

上面两段代码再简单不过，testFun在函数中申请一段内存，并返回。而main函数通过调用testFun，将地址值返回给p，并打印p的地址值。

编译运行：

$ gcc -o main main.c test.c
    $ ./main
    0x7ffef59d4230
    malloc success,p = 0x7f193ec5f010
    0x3ec5f010
    Segmentation fault (core dumped)

从运行结果中，我们可以发现以下几个事实：

也就是和我们预期的结果完全不一样。我们逐步分析，到底是为什么。

特别说明：  
如果赋值那一行改成下面这样

p = (void*)testFun();

运行结果中如下：

0x7ffd5a75dbe0
    malloc success,p = 0x7fc6fb5ac010
    0xfffffffffb5ac010
    Segmentation fault (core dumped)

其实看到8字节的前面4字节都是f，就可以判断这个地址是非法的了。为什么？（提示：程序地址空间分布）。

## 为什么coredump？ ##

这个问题很明显，因为申请内存得到的地址值与释放内存的地址不是同一个，因此导致coredump（coredump的查看可参考《[linux常用命令-开发调试篇][linux_-]》中的gdb部分）。

## 为什么地址值被截断？ ##

在解释这个之前，我们先看一个简单的示例程序：

//testReturn.c
    #include<stdio.h>
    test()
    {
        printf("test function\n");
        return 0;
    }
    int main(void)
    {
        test();
        return;
    }

编译：

$ gcc -o test testReturn.c
    testReturn.c:2:1: warning: return type defaults to ‘int’ [-Wimplicit-int]
     test()
     ^

我们在编译的时候出现了一个警告，提示test函数没有返回值，会默认返回值为int。

也就是说，**如果函数实际有返回值，但是函数返回值类型却没有指明，编译器会将其默认为int**。

实际上前面的示例程序在编译的时候就有警告：

main.c: In function ‘main’:
    main.c:11:9: warning: implicit declaration of function ‘testFun’ [-Wimplicit-function-declaration]
         p = testFun();
             ^
    main.c:11:7: warning: assignment makes pointer from integer without a cast [-Wint-conversion]
         p = testFun();
           ^

两个警告的意思分别为：

第一个警告很容易理解，虽然定义了testFun函数，但是在main函数中并没有声明。因此对mian函数来说，它在编译阶段（关于编译阶段，可参考《[hello程序是如何变成可执行文件的][hello]》），“看不到”testFun，因此会默认为其返回值为int。而正因如此，就有了第二个警告，提示从整型转换成指针。

到此其实也就真相大白了。既然testFun的返回值被编译器默认为int，返回一个8字节的指针类型，而返回值却是int，自然就会被截断了。

## 如何解决 ##

既然知道原因所在，那么如何解决呢？这里提供两种方式。

按照第一种方式，在main.c中增加一行声明：

extern void *testFun();

运行结果：

0x7fffee1bd7b0
    malloc success,p = 0x7fcafef2e010
    0x7fcafef2e010

第二种方式，增加test.h，内容为testFun的声明：

//test.h#include<stdio.h>
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    void *testFun();

main.c包含test.h头文件：

//main.c//公众号编程珠玑
    //公众号编程珠玑
    #include"test.h"
    int main(void)
    {
        void *p = NULL;
        //打印p的地址
        printf("%p\n",&p);
        //为p赋值
        p = testFun();
        printf("%p\n",p);
        //释放内存
        free(p);
        p = NULL;
        return 0;
    }

test.c修改如下：

//test.c
    #include"test.h"
    void *testFun()
    {
        void *p = (void*)malloc(1024*1024*10);
        if(NULL == p)
        {
            printf("malloc failed\n");
        }
        printf("malloc success,p = %p\n",p);
        return p;
    }

以上两种方式都可解决前面的问题。

而32位程序为什么正常？相信你已经有了答案。

## 总结 ##

由于对出现问题的程序代码不熟悉，加上其编译工程充斥着大量的警告而没有处理，以及涉及动态库，导致这个引起挂死问题的罪魁祸首没有提前暴露处出来。而问题的根本原因我们也清楚了，就是因为调用函数前没有声明。本文总结如下：

##  ##

## 思考 ##

*  为什么32位的时候运行正常，而64位程序会挂死
 *  32位和64位程序用户空间地址范围分别是多少
 *  如何在调试中设置程序源码路径
 *  程序完整编译经历那几个阶段