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小心'溢出'陷阱

这几天以前曾经做过的一个项目上线测试了,果不其然,没有经过’战争洗礼’的产品就是靠不住,这不出了若干问题。害得我逃了半天课远程支持。

其中的一个问题很值得思考。其所在的模块并非是一个核心功能模块,而是一个提高系统Availability的一个功能模块,主要功能就是监视磁盘占用率。我们通过配置给出允许使用的磁盘空间大小(以M Byte为单位),以及两个阈值,即当占用率达到多少的时候,Do A;达到多少的时候Do B。

我们假设用变量quota代表配置中读取的配额数值,而total代表实际检测到的占用数值,一般关于文件大小的系统调用都是用byte作为单位的,也就是说我们需要做一个转换,假设换算后的变量为quota1。由于最初我们没有考虑周全的原因,我们使用unsigned int作为quota、quota1和total的存储类型。结果在家里没有做过认真的测试,导致一到现场就’露馅’了。这个问题反应到家里后,一个同事发现了这一问题,并作了修改,经过简单的测试,好像表面上问题消失了。再一次提交到现场后,问题依旧。

由于那位同事还有其他工作,我只能逃课改问题,经过一段时间的代码Review终于发现了些许’蛛丝马迹’,简单表述一下,原来这里的代码是这样的:

计算total;
quota1 = quota * 1024 * 1024;
拿total和quota1之比与配额阈值作比较;

注意这里的total和quota1是unsigned long long,也就是64位的,而quota是unsigned int,即32位的。首先quota肯定不会出现溢出的可能,因为检查配置发现这个数不大。那么为什么从日志观察,quota1有问题呢?

比如我们的quota配置为1004800,那么在换算后正确的数值应该是053609164800,而日志中打印出来的结果却是1342177280。基本上可以肯定问题出在quota1 = quota * 1024 * 1024;这个转换式上。

我们大概可以用下面的程序来模拟一下这个问题:
int main() {
        long m = 1004800;
        unsigned long long n;
        n = m * 1024 * 1024;
        printf("%llu\n", n);
}

由于n = m * 1024 * 1024这个计算式的工作流程是这样的,先将m * 1024 * 1024的结果保存在一个临时变量中,然后再将这个临时变量值赋给n,这里是在Solaris9下利用GDB反汇编的结果:

(gdb) disas main
Dump of assembler code for function main:
0x0001066c <main+0>:    save  %sp, -128, %sp
0×00010670 <main+4>:    sethi  %hi(0xf5400), %o0
0×00010674 <main+8>:    or  %o0, 0×100, %o0     ! 0xf5500
0×00010678 <main+12>:   st  %o0, [ %fp + -20 ]
0x0001067c <main+16>:   ld  [ %fp + -20 ], %o0
0×00010680 <main+20>:   sll  %o0, 0×14, %o0
0×00010684 <main+24>:   st  %o0, [ %fp + -28 ]
0×00010688 <main+28>:   sra  %o0, 0x1f, %o0
0x0001068c <main+32>:   st  %o0, [ %fp + -32 ]
0×00010690 <main+36>:   sethi  %hi(0×10400), %o0
0×00010694 <main+40>:   or  %o0, 0×358, %o0     ! 0×10758 <_lib_version+8>
0×00010698 <main+44>:   ld  [ %fp + -32 ], %o1
0x0001069c <main+48>:   ld  [ %fp + -28 ], %o2
0x000106a0 <main+52>:   call  0×20800 <printf>
0x000106a4 <main+56>:   nop
0x000106a8 <main+60>:   mov  %o0, %i0
0x000106ac <main+64>:   nop
0x000106b0 <main+68>:   ret
0x000106b4 <main+72>:   restore

%o0 = 0xf5500 = 1004800
store %o0 -> fp + -20
大概看一下:
0×00010670 <main+4>:    sethi  %hi(0xf5400), %o0
0×00010674 <main+8>:    or  %o0, 0×100, %o0     ! 0xf5500
0×00010678 <main+12>:   st  %o0, [ %fp + -20 ]
这三句实际上是在栈上分配一个变量m,并赋值为1004800,这里编译器利用sethi  %hi(0xf5400), %o0和or  %o0, 0×100, %o0两句在寄存器%o0中构造出1004800(即0xf5500),然后将寄存器的值通过st指令写入到%fp – 20的位置。即m占据着从%fp – 17到%fp – 20这四个字节。

再往下
sll  %o0, 0×14, %o0,
st  %o0, [ %fp + -28 ]
这里是编译器做的优化,它没有乘以两次1024,而是直接乘以1024*1024的结果,也就是2^20,即将%o0逻辑左移20位,即逻辑左移0×14,我们知道逻辑左移即把操作数看成无符号数。对寄存器操作数进行移位,不管左右移,空出的位均补0,我们可以来手工逻辑左移一次,目前%o0中存储的是无符号数0xf5500, 即 0000 0000 0000 1111 0101 0101 0000 0000(B),我们逻辑左移20位后为0101 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000(B), 即0×50000000,即1342177280。之后利用st指令将改寄存器的值存入到%fp – 28开始的8个字节当中(即从%fp – 21到%fp – 28)。这样我们读出来的n值也就是1342177280了。

如何修正呢?看下面的例子:
int main() {
        long m = 1004800;
        unsigned long long n = m;

        n *= 1024 * 1024;
        printf("%llu\n", n);
}

(gdb) disas main
Dump of assembler code for function main:
0x0001066c <main+0>:    save  %sp, -128, %sp
0×00010670 <main+4>:    sethi  %hi(0xf5400), %o0
0×00010674 <main+8>:    or  %o0, 0×100, %o0     ! 0xf5500
0×00010678 <main+12>:   st  %o0, [ %fp + -20 ]
0x0001067c <main+16>:   ld  [ %fp + -20 ], %o0
0×00010680 <main+20>:   st  %o0, [ %fp + -28 ]
0×00010684 <main+24>:   sra  %o0, 0x1f, %o0
0×00010688 <main+28>:   st  %o0, [ %fp + -32 ]
0x0001068c <main+32>:   ldd  [ %fp + -32 ], %o0
0×00010690 <main+36>:   mov  %o0, %o2
0×00010694 <main+40>:   mov  %o1, %o3
0×00010698 <main+44>:   srl  %o3, 0xc, %o5
0x0001069c <main+48>:   sll  %o2, 0×14, %o4
0x000106a0 <main+52>:   or  %o5, %o4, %o0
0x000106a4 <main+56>:   sll  %o3, 0×14, %o1
0x000106a8 <main+60>:   std  %o0, [ %fp + -32 ]
0x000106ac <main+64>:   sethi  %hi(0×10400), %o0
0x000106b0 <main+68>:   or  %o0, 0×378, %o0     ! 0×10778 <_lib_version+8>
0x000106b4 <main+72>:   ld  [ %fp + -32 ], %o1
0x000106b8 <main+76>:   ld  [ %fp + -28 ], %o2
0x000106bc <main+80>:   call  0×20820 <printf>
0x000106c0 <main+84>:   nop
0x000106c4 <main+88>:   mov  %o0, %i0
0x000106c8 <main+92>:   nop
0x000106cc <main+96>:   ret
0x000106d0 <main+100>:  restore

和上面的汇编差不多少,主要的差别就是再st  %o0, [ %fp + -28 ]后,所有的操作均针对8位的m了,而且寄存器也不仅仅一个%o0参与(位数不够了),这句之后都是关于8字节的运算了。也就不存在溢出了。毕竟汇编细节看起来还是很费劲的,大家能明白其中的意思即可。

其实简单来看我们可以这么来理解:
n = m * 1024 * 1024;
n *= 1024 * 1024;

前一个式子可以看成 m’ = m * 1024 * 1024; n = m’;这样我们可以简单的认为m’这个中间变量和m存储空间一致。
而n *= 1024 * 1024 <=> n *= 1048576 <=> n = n * 1048576,都是在n的基础上操作,不会出现溢出问题。

溢出问题一般都很隐蔽,很难轻易发现,大家要格外注意。

最初接触计算机的两三事

刚刚看了云风的’编程的门槛‘一文,和他相比我接触计算机的时间则显得少得可怜。

记得第一次接触计算机是在初中二年级,一张软盘启动计算机的年代,WPS、五笔字型盛行的年代,那时我的理解计算机除了能打字之外,唯一能干的就是玩游戏-超级玛丽-一张软盘足以。那时渐渐的失去了对计算机的兴趣,五笔字型输入法也没学会,除了最简单的一级简码:)。

进入高中后,也有计算机课,老师用一个学期的时间讲BASIC语言,不知道是老师水平的问题,还是自己足够笨,一个学期下来,自己对计算机仍旧停留在游戏和打字,这回游戏又多了一种足球,一种射门游戏。另外就是见到了windows3.1,那时我认为它就是一种在DOS下启动的程序,不过是图形界面罢了,可以利用上一种新型的设备-鼠标了,但是这个程序很不稳定,总是玩玩就’不理你了’,除了按下电源开关,你别无选择。

到了高三的时候,网络开始盛行,网吧如’雨后春笋’般从大街小巷的各个角落冒出,很多同学晚上都出去’包宿’,我从未去过,我也不知道他们出去做什么,后来听说有网吧里有’红警’、’三角洲’,可以在’聊天室’里和你不认识的人特别是mm聊天,还有一种聊天工具叫OICQ很是火爆。就这样直到大一我GF让我去网吧到聊天室和她聊天,我才真正开始接触网络。记得第一次去网吧,老板让我选一台机器就可以上网了。我坐在机器前按照GF的指示,在IE地址栏中输入聊天室地址,然后我居然不知道下一步该做什么?无可奈何之下只好问网吧老板,老板用惊异的眼神儿看着我,很不情愿的说了一声:按一下回车就行了。至今这件事情还是让我牢记于心的。

自从有了这次经历,我开始学习上网和利用网上资源了,并且了解到在学校里面有更便宜的实验室可以上网,0.5元一分钟,很便宜吧,而且实验室有软驱,可以拷数据。再后来,也开始和寝室哥们一起出去’包宿’,记得大学第一学期的那个元旦之夜,我们就是在网吧过的,上网上累了,就玩玩游戏,玩累了,就趴在电脑桌上睡上一觉。

大一下学期,我们寝室终于决定一起’投资’买一台电脑了,我们的第一台电脑共用了近7000块。从此算是顺利过上有电脑的日子了。

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