面试题：C语言中Linux内存映射安全性保障基础

Question

在Linux环境下使用C语言进行内存映射时，简述mmap函数的基本参数及其作用，并且说明如何通过权限参数设置来保障内存映射区域的安全性？

Answer 1

mmap函数基本参数及其作用

1. void *addr
   • 作用：指定映射区的起始地址。通常设为NULL，表示由系统自动选择合适的地址进行映射。如果不为NULL，则必须是页对齐的地址，且一般在实际应用中不建议自行指定非NULL值，除非对内存布局有非常明确的需求。
2. size_t length
   • 作用：指定映射区的长度，以字节为单位。这个长度必须是系统内存页大小（通常为4096字节，可通过getpagesize()函数获取）的整数倍。
3. int prot
   • 作用：指定映射区域的保护权限。
     • PROT_READ：表示映射区域可读取。
     • PROT_WRITE：表示映射区域可写入。
     • PROT_EXEC：表示映射区域可执行。
     • PROT_NONE：表示映射区域不可访问。
     • 这些标志可以使用按位或（|）操作符进行组合，例如PROT_READ | PROT_WRITE表示映射区域可读可写。
4. int flags
   • 作用：指定映射的类型和其他标志。
     • MAP_SHARED：表示对映射区域的写入会反映到文件中，并且其他映射同一个文件的进程也可以看到这些修改。
     • MAP_PRIVATE：表示对映射区域的写入会产生一个该区域的副本（写时复制，copy - on - write），不会影响到原文件，其他映射同一个文件的进程也看不到这些修改。
     • 还有其他一些标志，如MAP_FIXED（若指定了addr，则严格按照指定地址进行映射，不推荐使用，因为可能导致不可预测的结果）等。
5. int fd
   • 作用：要映射的文件描述符。该文件必须已经以适当的模式（如O_RDONLY、O_RDWR等）打开。通过文件描述符，mmap函数可以将文件内容映射到内存中。
6. off_t offset
   • 作用：指定从文件的何处开始映射，以字节为单位。这个偏移量必须是系统内存页大小的整数倍。

通过权限参数设置保障内存映射区域安全性

1. 合理设置prot参数：
   • 如果映射的区域只用于读取数据，应只设置PROT_READ权限，避免设置PROT_WRITE权限，这样可以防止程序意外写入导致数据损坏。例如，如果是映射一个只读配置文件，设置prot = PROT_READ。
   • 对于不需要执行代码的映射区域，避免设置PROT_EXEC权限，以防止恶意代码注入执行。例如，映射的数据文件区域，一般不应设置PROT_EXEC。
2. 正确选择flags参数：
   • 如果不希望对映射区域的修改影响到原文件，并且要保证数据的隔离性，应选择MAP_PRIVATE。例如，在一些临时数据处理场景中，对映射区域的修改不应影响到源文件。
   • 如果多个进程需要共享对映射区域的修改，且这种修改需要反映到文件中，则选择MAP_SHARED，但要注意多进程并发访问的同步问题，可通过信号量、互斥锁等机制来保障数据一致性。