面试题：C语言Linux内存映射范围控制的边界情况处理

Question

假设你在C语言程序中对一个大文件进行内存映射，映射范围从文件偏移量`offset`开始，长度为`length`。当`offset`接近文件末尾且`length`使得映射范围超出文件大小，这种情况下系统会如何处理？在C代码中应如何正确处理这种边界情况以避免错误？

Answer 1

系统处理方式

当offset接近文件末尾且length使得映射范围超出文件大小，不同系统处理方式可能略有不同。一般来说，超出文件现有大小的映射部分会被初始化为零。例如在Linux系统中，mmap函数会将超出文件末尾的部分视为匿名内存映射，初始值为零。

C代码中正确处理边界情况的方法

1. 获取文件大小：在进行内存映射前，先获取文件的实际大小。可以使用stat函数来获取文件状态信息，其中包含文件大小。

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

int main() {
    int fd;
    off_t offset = 1000;
    size_t length = 200;
    struct stat sb;
    void *map_start;

    fd = open("your_file.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (fstat(fd, &sb) == -1) {
        perror("fstat");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 检查偏移和长度是否合法
    if (offset >= sb.st_size) {
        printf("Offset is beyond the end of the file.\n");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (offset + length > sb.st_size) {
        length = sb.st_size - offset;
    }

    map_start = mmap(NULL, length, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, offset);
    if (map_start == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 在这里使用映射的内存
    //...

    if (munmap(map_start, length) == -1) {
        perror("munmap");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    close(fd);
    return 0;
}

2. 检查映射返回值：调用mmap函数后，检查其返回值是否为MAP_FAILED。如果是，说明映射失败，通常是由于参数不合法（如偏移或长度超出文件范围），需要进行相应的错误处理，例如关闭文件描述符并退出程序。
3. 调整映射长度：在检查到offset + length > 文件大小时，将length调整为文件大小 - offset，以确保映射范围在文件实际大小之内。这样可以避免访问未初始化或非法的内存区域，防止程序出现未定义行为。