多线程内存问题分析之mprotect方法

Posted 2021-04-21 小象

多线程中的内存问题，一直被认为是噩梦般的存在，几乎只有高手、大仙才能解决。除了大量的打log、gdb调试、code review以及依靠多年的经验和直觉之外，有没有一些分析的手段和工具呢？答案是肯定的。本文首先介绍其中的一种：mprotect大法。通过mprotect，保护特定的感兴趣的内存，当有线程改写该区域时，会产生一个中断，我们在中断处理函数中把调用栈等信息打印出来。这是大概的思路，不过其中的问题很多，我们慢慢道来。

原理

mprotect函数

mprotect函数的原型如下：

int mprotect(const void *addr, size_t len, int prot);

定制中断处理函数

当线程试图对我们已保护（成只读）的内存进行篡改时，默认情况下程序会收到SIGSEGV错误而退出。能不能不退出并且把相应的调用栈打印出来分析？当然可以。通过如下代码注册你定制的中断处理函数即可：

struct sigaction act; act.sa_sigaction = your_handler; sigemptyset(&act.sa_mask); act.sa_flags = SA_SIGINFO; if(sigaction(SIGSEGV, &act, NULL) == -1) {  perror("Register hanlder failed");  exit(EXIT_FAILURE); }

这样，控制流就会到达你编写的your_handler函数上。而your_handler的函数原型是：

void your_handler(int sig, siginfo_t *si, void *unused)；

编写your_handler函数即可？是的，不过这里面有两个注意事项：

1，中断处理函数里不应该调用内存分配函数，否则可能会引起double fault。因此，不适合调用backtrace_symbols（内部会动态分配内存），而是通过backtrace_symbols_fd直接将调用栈信息直接刷到文件中。 

2，中断处理函数中应该恢复被保护内存为可写，否则会引起死循环。（再次中断并进入咱们编写的函数）

封装

为了方便使用，我封装了一个类，供参考：

这个封装还存在一些问题，比如缺少错误处理，待保护内存必须在一页内等。读者诸君可以根据需要自行完善。

实战

来个例子,实战一下吧。

用如下方式编译链接以上程序：

g++ -g -rdynamic -std=c++11 -pthread  test.cpp -o test

程序运行结束后，打开result.tmp文件，看到如下内容：

./test(_ZN14MemoryDetector12my_backtraceEv+0x26)[0x405ce8] ./test(_ZN14MemoryDetector7handlerEiP7siginfoPv+0x60)[0x405cc0] /lib64/libpthread.so.0[0x339a80f500] ./test(_Z1gv+0x25)[0x405909] ./test(_ZNSt6thread5_ImplIPFvvEE6_M_runEv+0x16)[0x406e2c] /usr/lib64/libstdc++.so.6[0x3a6f6b6490] /lib64/libpthread.so.0[0x339a807851] /lib64/libc.so.6(clone+0x6d)[0x339a4e767d]

注意其中的第四行：./test(_Z1gv+0x25)[0x405909]。使用addr2line命令：

addr2line -e test 0x405909

获得非法篡改的代码位置：

/home/yebangyu/test.cpp:13

真相大白了。

来源：yebangyu's blog