Разработка приложений в среде Linux - [23]

41:  printf("7: %s\n", global);
42:
43:  return 0;
44: }
45:
46: int main (void) {
47:  return broken();
48: }

В этой главе мы рассмотрим проблемы в показанном выше сегменте кода. Этот код разрушает три типа областей памяти: память, выделенную из динамического пула памяти (кучи) с помощью malloc(), локальные переменные размещенные в стеке программы и глобальные переменные, хранящиеся в отдельной области памяти, которая была статически распределена при запуске программы[9]. Для каждого класса памяти эта тестовая программа выполняет запись за пределами зарезервированной области памяти (по одному байту) и также сохраняет байт непосредственно перед зарезервированной областью. К тому же в коде имеется утечка памяти, что позволит продемонстрировать, как с помощью различных средств отследить эти утечки.

Несмотря на то что в представленном коде кроется много проблем, в действительности, он работает нормально. Не означает ли это, что проблемы подобного рода не важны? Ни в коем случае! Переполнение буфера часто приводит к неправильному поведению программы задолго до фактического его переполнения, а утечки памяти в программах, работающих длительное время, приводят к пустой растрате ресурсов компьютера. Более того, переполнение буфера является классическим источником уязвимостей безопасности, как описано в главе 22.

Ниже показан пример выполнения программы.

$ gcc -Wall -о broken broken.с
$ ./broken
1: 12345
2: 12345678
3: 12345678
4: 12345
5: 12345
6: 12345
7: 12345

7.2. Средства проверки памяти, входящие в состав >glibc

Библиотека GNU С (glibc) предлагает три простых средства проверки памяти. Первые два — mcheck() и MALLOC_CHECK_ — вызывают проверку на непротиворечивость структуры данных кучи, а третье средство — mtrace() — выдает трассировку распределения и освобождения памяти для дальнейшей обработки.

7.2.1. Поиск повреждений кучи

Когда память распределяется в куче, функциям управления памятью необходимо место для хранения информации о распределениях. Таким местом является сама куча; это значит, что куча состоит из чередующихся областей памяти, которые используются программами и самим функциями управления памятью. Это означает, что переполнения или недополнение буфера может фактически повредить структуру данных, которую отслеживают функции управления памятью. В такой ситуации есть много шансов, что сами функции управления памятью, в конце концов, приведут к сбою программы.

Если вы установили переменную окружения MALLOC_CHECK_, выбирается другой, несколько более медленный набор функций управления памятью. Этот набор более устойчив к ошибкам и может обнаруживать ситуации, когда free() вызывается более одного раза для одного и того же указателя, а также когда происходят однобайтные переполнения буфера. Если MALLOC_CHECK_ установлена в 0, функции управления памятью просто более устойчивы к ошибкам, но не выдают никаких предупреждений. Если MALLOC_CHECK_ установлена в 1, функции управления памятью выводят предупреждения о стандартных ошибках при замеченной проблеме. Если MALLOC_CHECK_ установлена в 2, функции управления памятью вызывают abort(), когда замечают проблемы.

Установка MALLOC_CHECK_ в 0 может оказаться полезной, если вам мешает найти ошибку в памяти другая ошибка, которую в этот момент исправить нет возможности; эта установка позволяет работать с другими средствами отслеживания ошибок памяти.

Установка MALLOC_CHECK_ в 1 полезна в случае, когда никаких проблем не видно, поэтому определенные уведомления могут помочь.

Установка MALLOC_CHECK_ в 2 наиболее полезна при работе в отладчике, поскольку при возникновении ошибки он позволяет выполнить обратную трассировку вплоть до функций управления памятью. В результате вы максимально приблизитесь к месту возникновения ошибки.

$ MALLOC_CHECK_=1 ./broken
malloc: using debugging hooks
malloc: используются отладочные функции
1: 12345
free(): invalid pointer 0x80ac008!
free(): недопустимый указатель 0x80ac008!
2: 12345678
3: 12345678
4: 12345
5: 12345
6: 12345
7: 12345
$ MALLOC_CHECK_=2 gdb ./broken
...
(gdb) run
Starting program: /usr/src/lad/code/broken
Запуск программы: /usr/src/lad/code/broken
1: 12345
Program received signal SIGABRT, Aborted.
Программа получила сигнал SIGABRT, прервана.
0x00 с 64 с 32 in _dl_sysinfo_int80() from/lib/ld-linux.so.2
(gdb) where
#0 0x00c64c32 in _dl_sysinfo_int80() from /lib/ld-linux.so.2
#1 0x00322969 in raise() from /lib/tls/libc.so.6
#2 0x00324322 in abort() from /lib/tls/libc.so.6
#3 0x0036d9af in free_check() from /lib/tls/libc.so.6
#4 0x0036afa5 in free() from /lib/tls/libc.so.6
#5 0x0804842b in broken() at broken.c:17
#6 0x08048520 in main() at broken.с:47

Другой способ заставить glibc проверить кучу на непротиворечивость — воспользоваться функцией mcheck():

typedef void(*mcheck Callback)(enummcheck_status status);
void mcheck(mcheck Callback cb) ;

В случае вызова функции mcheck(), функция malloc() размещает известные последовательности байтов перед и после возвращенной области памяти, чтобы можно было обнаружить переполнение или недогрузку буфера, free() ищет эти сигнатуры и, если они были повреждены, вызывает функцию, указанную аргументом