Арнольд Роббинс - Linux программирование в примерах

• Название: Linux программирование в примерах
• Автор: Арнольд Роббинс
• Издательство: Кудиц-Образ
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2005
• ISBN: 5-9579-0059-1

В книге рассмотрены вопросы, связанные с программированием под Linux: файловый ввод/вывод, метаданные файлов, основы управления памятью, процессы и сигналы, пользователи и группы, вопросы интернационализации и локализации, сортировка, поиск и многие другие. Много внимания уделено средствам отладки, доступным под GNU Linux. Все темы иллюстрируются примерами кода, взятого из V7 UNIX и GNU. Эта книга может быть полезна любому, кто интересуется программированием под Linux.

---

Функцию sbrk() использовать проще; ее аргумент является числом байтов, на которое нужно увеличить адресное пространство. Вызвав ее с приращением 0, можно определить, где в настоящее время заканчивается адресное пространство. Таким образом, чтобы увеличить адресное пространство на 32 байта, используется код следующего вида:

char *p = (char*)sbrk(0); /* получить текущий конец адресного

                             пространства */

if (brk(p + 32) < 0) {

 /* обработать ошибку */

}

/* в противном случае, изменение сработало */

Практически, вам не нужно непосредственно использовать brk(). Вместо этого используется исключительно sbrk() для увеличения (или даже сокращения) адресного пространства. (Вскоре мы покажем, как это делать, в разделе 3.2.5. «Исследование адресного пространства».)

Еще более практично вообще никогда не использовать эти процедуры. Программа, которая их использует, не может затем использовать также и malloc(), и это создает большую проблему, поскольку многие элементы стандартной библиотеки полагаются на использование malloc(). Поэтому использование brk() или sbrk() может приводить к трудно обнаруживаемым крушениям программы.

Но знать о низкоуровневых механизмах стоит, и конечно же, набор функций malloc() реализован с помощью sbrk() и brk().

3.2.4. Вызовы ленивых программистов: alloca()

«Опасность, Билл Робинсон! Опасность!»

- Робот -

Есть еще одна дополнительная функция выделения памяти, о которой вам нужно знать. Мы обсуждаем ее лишь для того, чтобы вы поняли ее, когда увидите, но не следует использовать ее в новых программах! Эта функция называется alloca(); она объявлена следующим образом:

/* Заголовок в GNU/Linux, возможно, не на всех Unix-системах */

#include <alloca.h> /* Обычный */

void *alloca(size_t size);

Функция alloca() выделяет size байтов из стека. Хорошо, что выделенная память исчезает после возвращения из функции. Нет необходимости явным образом освобождать память, поскольку это осуществляется автоматически, как в случае с локальными переменными.

На первый взгляд, alloca() выглядит чем-то типа панацеи для программистов, можно выделять память, о которой можно вовсе не беспокоиться. Подобно Темной Стороне Силы, это, конечно, привлекает. И подобным же образом этого нужно избегать по следующим причинам:

• Функция не является стандартной; она не включена ни в какой стандарт, ни в ISO, ни в С или POSIX.

• Функция не переносима. Хотя она существует на многих системах Unix и GNU/Linux, она не существует на не-Unix системах. Это проблема, поскольку код часто должен быть многоплатформенным, выходя за пределы просто Linux и Unix.

• На некоторых системах alloca() невозможно даже реализовать. Весь мир не является ни процессором Intel x86, ни GCC.

• Цитируя справку[45] (добавлено выделение): «Функция alloca зависит от машины и от компилятора. На многих системах ее реализация ошибочна. Ее использование не рекомендуется».

• Снова цитируя справку: «На многих системах alloca не может быть использована внутри списка аргументов вызова функции, поскольку резервируемая в стеке при помощи alloca память оказалась бы в середине стека в пространстве для аргументов функции».

• Она потворствует неряшливому программированию. Тщательная и корректная работа с памятью не сложна; вам просто нужно подумать о том, что вы делаете, и планировать заранее.

GCC обычно использует встроенную версию функции, которая действует с использованием внутритекстового (inline) кода. В результате есть другие последствия alloca(). Снова цитируя справку:

Факт, что код является внутритекстовым (inline), означает, что невозможно получить адрес этой функции или изменить ее поведение путем компоновки с другой библиотекой.

Внутритекстовый код часто состоит из одной инструкции, подгоняющей указатель стека, и не проверяет переполнение стека. Поэтому нет возврата NULL при ошибке.

Справочная страница не углубляется в описание проблемы со встроенной alloca() GCC. Если есть переполнение стека, возвращаемое значение является мусором. И у вас нет способа сообщить об этом! Это упущение делает невозможным использование GCC alloca() в устойчивом коде.

Все это должно убедить вас избегать alloca() в любом новом коде, который вы пишете. В любом случае, если приходится писать переносимый код с использованием malloc() и free(), нет причины в использовании также и alloca().

3.2.5. Исследование адресного пространства

Следующая программа, ch03-memaddr.c, подводит итог всему, что мы узнали об адресном пространстве. Она делает множество вещей, которые не следует делать на практике, таких, как вызовы alloca() или непосредственные вызовы brk() и sbrk().

1  /*

2   * ch03-memaddr.с --- Показать адреса секций кода, данных и стека,

3   * а также BSS и динамической памяти.

4   */

5

6  #include <stdio.h>

7  #include <malloc.h> /* для определения ptrdiff_t в GLIBC */

8  #include <unistd.h>

9  #include <alloca.h> /* лишь для демонстрации */

10

11 extern void afunc(void); /* функция, показывающая рост стека */

12

13 int bss_var; /* автоматически инициализируется в 0, должна быть в BSS */

14 int data_var = 42; /* инициализируется в не 0, должна быть

15                       в сегменте данных */

16 int

17 main(int argc, char **argv) /* аргументы не используются */

18 {

19  char *p, *b, *nb;

20

21  printf("Text Locations:\n");

22  printf("\tAddress of main: %p\n", main);

23  printf("\tAddress of afunc: %p\n", afunc);

24

25  printf("Stack Locations.\n");

26  afunc();

27

28  p = (char*)alloca(32);

29  if (p != NULL) {

30   printf("\tStart of alloca()'ed array: %p\n", p);

31   printf("\tEnd of alloca()'ed array: %p\n", p + 31);

32  }

33

34  printf("Data Locations:\n");

35  printf("\tAddress of data_var: %p\n", &data_var);

36

37  printf("BSS Locations:\n");

38  printf("\tAddress of bss_var: %p\n", &bss_var);

39

40  b = sbrk((ptrdiff_t)32); /* увеличить адресное пространство */

41  nb = sbrk((ptrdiff_t)0);

42  printf("Heap Locations:\n");

43  printf("\tInitial end of heap: %p\n", b);

44  printf("\tNew end of heap: %p\n", nb);

45

46  b = sbrk((ptrdiff_t)-16); /* сократить его */

47  nb = sbrk((ptrdiff_t)0);

48  printf("\tFinal end of heap: %p\n", nb);

49 }

50

51 void

52 afunc(void)

53 {

54  static int level = 0; /* уровень рекурсии */

55  auto int stack_var; /* автоматическая переменная в стеке */

56

57  if (++level == 3) /* избежать бесконечной рекурсии */

58   return;

59

60  printf("\tStack level %d: address of stack_var: %p\n",

61   level, &stack_var);

62  afunc(); /* рекурсивный вызов */

63 }

Эта программа распечатывает местонахождение двух функций main() и afunc() (строки 22–23). Затем она показывает, как стек растет вниз, позволяя afunc() (строки 51–63) распечатать адреса последовательных экземпляров ее локальной переменной stack_var. (stack_var намеренно объявлена как auto, чтобы подчеркнуть, что она находится в стеке.) Затем она показывает расположение памяти, выделенной с помощью alloca() (строки 28–32). В заключение она печатает местоположение переменных данных и BSS (строки 34–38), а затем памяти, выделенной непосредственно через sbrk() (строки 40–48). Вот результаты запуска программы на системе Intel GNU/Linux:

$ ch03-memaddr

Text Locations:

 Address of main: 0x804838c

 Address of afunc: 0x80484a8

Stack Locations:

 Stack level 1: address of stack_var: 0xbffff864

 Stack level 2: address of stack_var: 0xbffff844

  /* Стек растет вниз */

 Start of alloca()'ed array: 0xbffff860

 End of alloca()'ed array: 0xbffff87f

  /* Адреса находятся в стеке */

Data Locations:

 Address of data_var: 0x80496b8

BSS Locations:

 Address of bss_var: 0x80497c4

  /* BSS выше инициализированных данных */

Heap Locations:

 Initial end of heap: 0x80497c8

  /* Куча непосредственно над BSS */

 New end of heap: 0x80497e8

  /* И растет вверх */

 Final end of heap: 0x80497d8

  /* Адресные пространства можно сокращать */

3.3. Резюме