操作系统（10）虚拟内存-常见内存有关错误
在虚拟内存系统中，常见的内存相关错误主要源于地址访问非法、内存管理操作不当等原因，以下是典型错误及解析：
10.1 段错误
这是最常见的内存错误，因进程访问了无权限的虚拟地址导致。
1. 访问空指针（NULL 指针解引用）
int *p = NULL;
*p = 10; // 错误：访问地址0x0，无权限
原因：NULL 指针通常映射到虚拟地址空间的起始区域，操作系统未给该区域分配权限，访问时触发段错误。
2. 访问已释放内存（野指针）
int *p = malloc(4);
free(p);
*p = 20; // 错误：p成为野指针，指向的内存已被回收
原因：free(p) 后，p 指向的内存已归还分配器（可能被重新分配或标记为空闲），再次访问属于非法操作。
3. 越界访问数组 / 缓冲区
char buf[10];
strcpy(buf, "这是一个超过10字节的字符串"); // 错误：数组越界
原因：写入超出数组分配的虚拟地址范围，可能覆盖其他变量或程序元数据，触发段错误。
4. 访问内核空间地址
用户进程的虚拟地址空间中，内核区域（如高地址部分）无访问权限，若强行访问会触发段错误：
void *kernel_addr = (void*)0xFFFF800000000000;
*((int*)kernel_addr) = 0; // 错误：用户态访问内核地址
10.2 内存分配与释放错误
这类错误会导致内存泄漏、双重释放、内存损坏等问题。
1. 内存泄漏（Memory Leak）
动态分配的内存未释放，导致进程占用的内存持续增长，最终可能耗尽系统内存：
void func() {while (1) {malloc(1024); // 错误：未调用free，内存持续泄漏}
}
2. 双重释放（Double Free）
对同一块内存调用多次 free，会破坏分配器的空闲块链表，导致程序崩溃或内存损坏：
int *p = malloc(4);
free(p);
free(p); // 错误：双重释放
3. 释放非动态分配内存
对栈内存或全局内存调用 free，会破坏分配器的元数据：
int a = 10;
free(&a); // 错误：栈内存不能用free释放
10.3 虚拟内存缺页异常相关错误
缺页异常是虚拟内存的正常机制，但以下情况会导致异常终止。
1. 非法缺页访问
若缺页时发现虚拟地址既不在合法区域，也无有效权限，会触发段错误。例如：
访问未映射的虚拟地址（如随机地址
0x12345678）。对只读区域执行写操作（如修改代码段）。
2. 内存交换失败（SIGBUS）
若缺页时需要将脏页（修改过的页）交换到磁盘，但磁盘 I/O 失败（如磁盘满、文件损坏），会触发 SIGBUS 信号终止进程。
10.4 内存对齐错误
部分硬件或系统要求内存访问必须地址对齐（如 int 型需 4 字节对齐），否则触发错误。
char buf[3];
int *p = (int*)&buf[1]; // 错误：p的地址是奇数，未4字节对齐
*p = 10; // 可能触发总线错误（SIGBUS）
10.5 多线程内存竞争错误
多线程同时操作同一块动态内存时，若缺乏同步，会导致内存损坏。
int *p = malloc(4);
void *thread1() { *p = 1; }
void *thread2() { *p = 2; }
// 错误：两个线程同时写p，可能导致内存内容混乱或分配器元数据损坏