旧版Linux（内核<4.17）下安全映射共享内存至固定地址的方法

针对Linux内核版本低于4.17、无法使用MAP_FIXED_NOREPLACE的场景，有几种相对安全的方式实现共享内存固定地址映射，避免直接用MAP_FIXED覆盖现有有效映射的风险：

• 先探测地址可用性再执行固定映射
  先调用不带MAP_FIXED标志的mmap()，将目标地址作为addr参数传入（仅作为地址提示）。如果返回值等于目标地址，说明该地址当前处于空闲状态。此时再调用带MAP_FIXED的mmap()，将共享内存映射到该地址即可。
  注意：这种方法存在竞态窗口——探测操作和正式映射之间，其他进程可能抢占该地址。如果由父进程先创建共享内存并完成映射，子进程再继承或跟进映射，竞态风险会大幅降低。
  示例代码片段：

  #include <sys/mman.h>
  #include <unistd.h>
  
  void *target_addr = (void *)0x12340000;
  size_t shm_size = 4096 * 4; // 按实际需求调整
  int shm_fd; // 已打开的共享内存文件描述符
  
  // 探测目标地址是否可用
  void *probe = mmap(target_addr, getpagesize(), PROT_NONE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
  if (probe == target_addr) {
      // 地址可用，先释放探测用的匿名映射
      munmap(probe, getpagesize());
      // 正式映射共享内存到固定地址
      void *shm_addr = mmap(target_addr, shm_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_FIXED, shm_fd, 0);
      if (shm_addr == MAP_FAILED) {
          // 处理映射错误
          perror("mmap fixed failed");
      }
  } else {
      // 目标地址已被占用，释放探测映射并处理错误
      if (probe != MAP_FAILED) munmap(probe, getpagesize());
      fprintf(stderr, "Target address is already in use\n");
  }
  

• 预留地址空间后再映射共享内存
  先通过匿名映射预留一块目标地址范围，权限设为PROT_NONE（不可访问），这样操作系统会将这块地址标记为已占用，不会分配给其他内存操作。之后再用MAP_FIXED将共享内存映射到这块预留地址，因为地址已被预留，不会覆盖现有有效映射。
  这种方法没有竞态问题，是多进程场景下最安全的方案。示例代码片段：

  #include <sys/mman.h>
  
  void *target_addr = (void *)0x12340000;
  size_t shm_size = 4096 * 4;
  int shm_fd;
  
  // 预留目标地址空间
  void *reserved = mmap(target_addr, shm_size, PROT_NONE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
  if (reserved != target_addr) {
      perror("Reserve address failed");
      return -1;
  }
  // 映射共享内存到预留地址
  void *shm_addr = mmap(target_addr, shm_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_FIXED, shm_fd, 0);
  if (shm_addr == MAP_FAILED) {
      perror("Map shared memory failed");
      munmap(reserved, shm_size);
      return -1;
  }
  

• 调整进程地址空间布局
  通过编译或链接选项，让进程的默认代码段、数据段避开目标共享内存地址。比如使用链接器选项-Wl,--section-start=.data=0x20000000调整数据段起始地址，或者用setrlimit()限制进程地址空间大小，让目标地址落在未被使用的区域。这种方法兼容性稍差，需要根据目标系统的编译器、内核版本进行测试验证。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者NoamV