Raspbian Buster与Ubuntu 20.04中shm_open调用触发段错误排查

问题描述 #

我在树莓派4（Raspbian Buster）和普通PC（Ubuntu 20.04）上用C语言编写增量编码器数据采集进程时，遇到shm_open()触发段错误的问题，程序崩溃后/dev/shm目录中仍能看到该共享内存段的名称。GCC版本分别为10.2.1（Raspbian）和9.4.0（Ubuntu），添加额外编译标志无效。

编码器进程代码 #

#include <signal.h>     
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include "stdio.h"
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "encbuffer.h"


#define ENNAME          "/test"

int mode = 4;
int pulses_amount_gpio_4 = 0;
int encoder_buffer_fd = 0;
double local_angle = 1;

struct encoder_buffer *enc_buffer;

void* shm_enc_buffer;

void  Handler(int signo)
{
    mode = 2;
}


int main(void)
{
    
// the issue is here
    encoder_buffer_fd = shm_open(ENNAME, O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC, 0666);

   if(encoder_buffer_fd < 0)
   {    
    perror("shm_open()");
    return 1;
   }

    printf("passed buffer opening");
    
   ftruncate(encoder_buffer_fd, sizeof(struct encoder_buffer));
   shm_enc_buffer = mmap(0, sizeof(struct encoder_buffer), PROT_WRITE|PROT_READ, MAP_SHARED,  encoder_buffer_fd, 0);

   // Exception handling:ctrl + c
   signal(SIGINT, Handler);
    
   if(sem_init(&(enc_buffer->semaphore), 1, 1) < 0)
   {
    return 3;
   }
    
   while(mode != 2)
   {
    /*printf("Angle: %f
",  local_angle);
    sleep(1);*/
   }
    
   munmap(0, sizeof(struct encoder_buffer));
   shm_unlink(ENNAME);
  
   return 0;
}

编码器缓冲区头文件（encbuffer.h） #

#ifndef _ENCBUFFER_H_
#define _ENCBUFFER_H_


#include <stdlib.h>     
#include <signal.h>     
#include "stdio.h"
#include <semaphore.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/mman.h>
#include <assert.h>
#include <sys/stat.h>      
#include <fcntl.h>   


struct encoder_buffer {
    double angle;
    double previous_angle;
    sem_t semaphore;
};

#endif

Makefile #

CC = gcc
MSG = -g -O0 -Wall -I. -lrt -pthread
CFLAGS += $(MSG)

DEPS = encbuffer.h
OBJ = anglecollect.o 

%.o: %.c $(DEPS)
        $(CC) -c -o $@ $< $(CFLAGS)

angle: $(OBJ)
        $(CC) -o $@ $^ $(CFLAGS) 

原因分析 #

• 野指针访问导致段错误
  代码中声明了struct encoder_buffer *enc_buffer;但从未对其赋值，直接在sem_init(&(enc_buffer->semaphore), 1, 1)中访问其成员，属于非法内存访问，直接触发段错误。你错误地认为shm_enc_buffer和enc_buffer有关联，但两者没有任何绑定，enc_buffer始终是未初始化的野指针。

• shm_open()并非段错误触发点
  程序能打印passed buffer opening说明shm_open()执行完全成功。段错误实际发生在后续访问野指针的代码处。而/dev/shm中残留共享内存是因为程序崩溃时还没执行到shm_unlink(ENNAME)，POSIX共享内存对象不会随进程退出自动销毁，必须显式调用shm_unlink才能删除。

• munmap()参数错误
  munmap()的第一个参数必须是mmap()返回的内存地址（即shm_enc_buffer），而不是0。这个错误会导致内存释放失败，但并非本次段错误的直接原因。

修复方案 #

1. 绑定共享内存指针
   在mmap()之后，将返回的地址赋值给enc_buffer，建立指针与共享内存的关联：

   shm_enc_buffer = mmap(0, sizeof(struct encoder_buffer), PROT_WRITE|PROT_READ, MAP_SHARED, encoder_buffer_fd, 0);
   enc_buffer = (struct encoder_buffer*)shm_enc_buffer; // 新增该行
   

2. 修正munmap()参数
   将munmap(0, sizeof(struct encoder_buffer))改为：

   munmap(shm_enc_buffer, sizeof(struct encoder_buffer));
   

3. 调试输出优化（可选）
   为printf添加换行，确保输出及时刷新到终端，方便调试：

   printf("passed buffer opening\n");
   

4. 异常退出时清理资源
   在信号处理函数中添加资源清理逻辑，避免Ctrl+C退出时残留共享内存：

   void Handler(int signo)
   {
       mode = 2;
       // 清理共享内存
       if (shm_enc_buffer != NULL) {
           munmap(shm_enc_buffer, sizeof(struct encoder_buffer));
       }
       shm_unlink(ENNAME);
       exit(0); // 确保进程退出
   }
   

内容的提问来源于stack exchange，提问作者V8Interceptor