问题描述
使用bitset时碰到一个问题，进程在bitset构造那里core dumped。源码如下：
#include <bitset>
int main ()
{
std::bitset<0xffffffff> foo;
foo.reset();
return 0;
}
使用dmesg查询，得到信息如下：
a.out[21521]: segfault at 7ffdb1d3f518 ip 00000000004009ae sp 00007ffdb1d3f520 error 6 in a.out[400000+1000]
error code是一个字位组合，定义在内核fault.c中:
/*
* linux kernel v4.9
* Page fault error code bits:
*
* bit 0 == 0: no page found 1: protection fault
* bit 1 == 0: read access 1: write access
* bit 2 == 0: kernel-mode access 1: user-mode access
* bit 3 == 1: use of reserved bit detected
* bit 4 == 1: fault was an instruction fetch
* bit 5 == 1: protection keys block access
*/
enum x86_pf_error_code {
PF_PROT = 1 << 0,
PF_WRITE = 1 << 1,
PF_USER = 1 << 2,
PF_RSVD = 1 << 3,
PF_INSTR = 1 << 4,
PF_PK = 1 << 5,
};
注：低版本内核至少定义了bit0~2。
因此得到一个线索——段错误原因6是内存写入越界，写到了一个无法对应物理内存页的地址。
根源探究
我们知道，程序使用的内存可以分为以下几类：
- 代码段，编译好的程序在内存中的存储位置，是只读的。
- BSS段，存放初始化了的全局变量和静态变量。
- 数据段，存放未经初始化的全局变量和静态变量。
- 堆，可从这里动态的申请内存用于存放变量。
- 栈，函数参数、局部变量以及其它函数相关信息的存储位置。
1. 栈Stack
栈是内存中用于存放函数的各种临时变量的特定区域。有以下显著特点：
- 当函数将局部变量push进栈中时，栈（向内存地址减小的方向）增长；反之，pop出栈后，栈缩小。
- 编译器自动管理，无需手动申请和释放内存。
- 因为CPU对栈内存的管理之高效，栈中变量的读写会非常快。
- 有大小限制(OS-dependent)。
- 栈变量仅在创建它们的函数运行时存在，函数结束，相应变量自动释放。
- 一经创建，不能调整大小。
关于栈大小，参考博客《进程栈大小 与 线程栈大小》，有以下结论：
- 进程的栈大小是在进程执行的时刻才能指定的，即不是在编译的时刻决定，也不是链接的时刻决定
- 进程的栈大小是随机确定的，至少比线程的栈要大，但是不到线程栈大小的2倍
- 线程栈的大小是固定的（可配置的），也就是ulimit -a显示的值
我测试环境的线程栈大小是10MB。
$ ulimit -a
-t: cpu time (seconds) unlimited
-f: file size (blocks) unlimited
-d: data seg size (kbytes) unlimited
-s: stack size (kbytes) 10240
-c: core file size (blocks) 0
-m: resident set size (kbytes) unlimited
-u: processes 257160
-n: file descriptors 1024
-l: locked-in-memory size (kb) 64
-v: address space (kb) unlimited
-x: file locks unlimited
-i: pending signals 257160
-q: bytes in POSIX msg queues 819200
-e: max nice 0
-r: max rt priority 0
2. 堆Heap
堆是一种更加自由的内存区域，与栈相比，堆有以下显著特点：
-
手动管理内存
申请和释放都由使用者自行负责，new/delete、malloc/free成对出现，逻辑不完整就可能出现内存泄露memory leak问题。
-
堆变量可以在全局范围访问
生命周期是由使用者的申请和释放操作位置决定的。
- 无大小限制
- 相对于栈，访问速度较慢
- 可能产生碎片
-
堆变量可以动态的调整大小
如通过realloc()函数。
解决方案
bitset<0xffffffff>至少需要2^32/8B=512MB的空间，远超默认栈大小10M。coredump问题由此产生。
改为从堆上申请空间，问题解决：
#include <bitset>
int main ()
{
std::bitset<0xffffffff>* foo = new std::bitset<0xffffffff>;
(*foo).reset();
return 0;
}