LMS调测
基本概念
LMS全称为Lite Memory Sanitizer,是一种实时检测内存操作合法性的调测工具。LMS能够实时检测缓冲区溢出(buffer overflow),释放后使用(use after free) 和重复释放(double Free), 在异常发生的第一时间通知操作系统,结合backtrace等定位手段,能准确定位到产生内存问题的代码行,极大提升内存问题定位效率。
OpenHarmony LiteOS-M内核的LMS模块提供下面几种功能:
-
支持多内存池检测。
-
支持LOS_MemAlloc、LOS_MemAllocAlign、LOS_MemRealloc申请出的内存检测。
-
支持安全函数的访问检测(默认开启)。
-
支持libc 高频函数的访问检测,包括:memset、memcpy、memmove、strcat、strcpy、strncat、strncpy。
运行机制
LMS使用影子内存映射标记系统内存的状态,一共可标记为三个状态:可读写,不可读写,已释放。影子内存存放在内存池的尾部。
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内存从堆上申请后,会将数据区的影子内存设置为“可读写”状态,并将头结点区的影子内存设置为“不可读写”状态。
-
内存在堆上被释放时,会将被释放内存的影子内存设置为“已释放”状态。
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编译代码时,会在代码中的读写指令前插入检测函数,对地址的合法性进行检验。主要是检测访问内存的影子内存的状态值,若检测到影子内存为不可读写,则会报溢出错误;若检测到影子内存为已释放,则会报释放后使用错误。
-
在内存释放时,会检测被释放地址的影子内存状态值,若检测到影子内存非可读写,则会报重复释放错误。
接口说明
OpenHarmony LiteOS-M内核的LMS模块提供下面几种功能,接口详细信息可以查看API参考。
表1 LMS模块接口说明
功能分类 | 接口名 | 描述 |
---|---|---|
添加指定内存池被检测 | LOS_LmsCheckPoolAdd | 将指定内存池的地址范围添加到LMS的内存检测链表上,当访问的地址在链表范围内时,LMS才进行合法性校验;且LOS_MemInit接口会调用该接口,默认将初始化的内存池挂入到检测链表中。 |
删除指定内存池不被检测 | LOS_LmsCheckPoolDel | 不检测指定内存池地址范围内的合法性校验。 |
使能指定内存段锁保护 | LOS_LmsAddrProtect | 为某段内存地址上锁,设置为不可读写,一旦访问则报错。 |
去能指定内存段锁保护 | LOS_LmsAddrDisableProtect | 为某段内存地址解锁,设置为可读写。 |
开发指导
开发流程
开启LMS调测的典型流程如下:
- 配置LMS模块相关宏。 配置LMS控制宏LOSCFG_KERNEL_LMS,默认关,在kernel/liteos_m目录下执行 make update_config命令配置"Kernel->Enable Lite Memory Sanitizer"中打开YES:
宏 | menuconfig选项 | 含义 | 取值 |
---|---|---|---|
LOSCFG_KERNEL_LMS | Enable Lms Feature | Lms模块的裁剪开关 | YES/NO |
LOSCFG_LMS_MAX_RECORD_POOL_NUM | Lms check pool max num | LMS支持的检测内存池最大个数 | INT |
LOSCFG_LMS_LOAD_CHECK | Enable lms read check | LMS内存读检测的裁剪开关 | YES/NO |
LOSCFG_LMS_STORE_CHECK | Enable lms write check | LMS内存写检测的裁剪开关 | YES/NO |
LOSCFG_LMS_CHECK_STRICT | Enable lms strict check, byte-by-byte | LMS内存逐字节严格检测的裁剪开关 | YES/NO |
-
在被检测模块的编译脚本中,修改编译选项。 增加LMS检测编译选项-fsanitize=kernel-address。为避免编译器优化,增加-O0编译选项。
gcc与clang编译选项存在差异,参照如下示例:
if ("$ohos_build_compiler_specified" == "gcc") { cflags_c = [ "-O0", "-fsanitize=kernel-address", ] } else { cflags_c = [ "-O0", "-fsanitize=kernel-address", "-mllvm", "-asan-instrumentation-with-call-threshold=0", "-mllvm", "-asan-stack=0", "-mllvm", "-asan-globals=0", ] }
-
重新编译,查看串口输出。如果检测到内存问题,会输出检测结果。
编程实例
本实例实现如下功能:
-
创建一个用于Lms测试的任务。
-
构造内存溢出错误和释放后使用错误。
-
添加-fsanitize=kernel-address后编译执行,观察输出结果
示例代码
实例代码如下:
#define PAGE_SIZE (0x1000U)
#define INDEX_MAX 20
UINT32 g_lmsTestTaskId;
char g_testLmsPool[2 * PAGE_SIZE];
STATIC VOID testPoolInit(void)
{
UINT32 ret = LOS_MemInit(g_testLmsPool, 2 * PAGE_SIZE);
if (ret != 0) {
PRINT_ERR("%s failed, ret = 0x%x\n", __FUNCTION__, ret);
return;
}
}
static VOID LmsTestOsmallocOverflow(VOID)
{
PRINTK("\n######%s start ######\n", __FUNCTION__);
UINT32 i;
CHAR *str = (CHAR *)LOS_MemAlloc(g_testLmsPool, INDEX_MAX);
PRINTK("str[%2d]=0x%2x ", INDEX_MAX, str[INDEX_MAX]); /* trigger heap overflow at str[INDEX_MAX] */
PRINTK("\n######%s stop ######\n", __FUNCTION__);
}
static VOID LmsTestUseAfterFree(VOID)
{
PRINTK("\n######%s start ######\n", __FUNCTION__);
UINT32 i;
CHAR *str = (CHAR *)LOS_MemAlloc(g_testLmsPool, INDEX_MAX);
LOS_MemFree(g_testLmsPool, str);
PRINTK("str[%2d]=0x%2x ", 0, str[0]); /* trigger use after free at str[0] */
PRINTK("\n######%s stop ######\n", __FUNCTION__);
}
VOID LmsTestCaseTask(VOID)
{
testPoolInit();
LmsTestOsmallocOverflow();
LmsTestUseAfterFree();
}
UINT32 Example_Lms_test(VOID){
UINT32 ret;
TSK_INIT_PARAM_S lmsTestTask;
/* 创建用于lms测试的任务 */
memset(&lmsTestTask, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));
lmsTestTask.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)LmsTestCaseTask;
lmsTestTask.pcName = "TestLmsTsk"; /* 测试任务名称 */
lmsTestTask.uwStackSize = 0x800;
lmsTestTask.usTaskPrio = 5;
lmsTestTask.uwResved = LOS_TASK_STATUS_DETACHED;
ret = LOS_TaskCreate(&g_lmsTestTaskId, &lmsTestTask);
if(ret != LOS_OK){
PRINT_ERR("LmsTestTask create failed .\n");
return LOS_NOK;
}
return LOS_OK;
}
结果验证
输出结果如下:
######LmsTestOsmallocOverflow start ######
[ERR]* Kernel Address Sanitizer Error Detected Start *
[ERR]Heap buffer overflow error detected
[ERR]Illegal READ address at: [0x4157a3c8]
[ERR]Shadow memory address: [0x4157be3c : 4] Shadow memory value: [2]
OsBackTrace fp = 0x402c0f88
runTask->taskName = LmsTestCaseTask
runTask->taskID = 2
***backtrace begin***
traceback fp fixed, trace using fp = 0x402c0fd0
traceback 0 -- lr = 0x400655a4 fp = 0x402c0ff8
traceback 1 -- lr = 0x40065754 fp = 0x402c1010
traceback 2 -- lr = 0x40044bd0 fp = 0x402c1038
traceback 3 -- lr = 0x40004e14 fp = 0xcacacaca
[LMS] Dump info around address [0x4157a3c8]:
[0x4157a3a0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3a | 0]: 1 1
[0x4157a3a8]: ba dc cd ab 00 00 00 00 | [0x4157be3a | 4]: 2 2
[0x4157a3b0]: 20 00 00 80 00 00 00 00 | [0x4157be3b | 0]: 2 0
[0x4157a3b8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3b | 4]: 0 0
[0x4157a3c0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3c | 0]: 0 0
[0x4157a3c8]: [ba] dc cd ab a8 a3 57 41 | [0x4157be3c | 4]: [2] 2
[0x4157a3d0]: 2c 1a 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3d | 0]: 2 3
[0x4157a3d8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3d | 4]: 3 3
[0x4157a3e0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3e | 0]: 3 3
[0x4157a3e8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3e | 4]: 3 3
[0x4157a3f0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3f | 0]: 3 3
[ERR]* Kernel Address Sanitizer Error Detected End *
str[20]=0xffffffba
######LmsTestOsmallocOverflow stop ######
###### LmsTestUseAfterFree start ######
[ERR]* Kernel Address Sanitizer Error Detected Start *
[ERR]Use after free error detected
[ERR]Illegal READ address at: [0x4157a3d4]
[ERR]Shadow memory address: [0x4157be3d : 2] Shadow memory value: [3]
OsBackTrace fp = 0x402c0f90
runTask->taskName = LmsTestCaseTask
runTask->taskID = 2
***backtrace begin***
traceback fp fixed, trace using fp = 0x402c0fd8
traceback 0 -- lr = 0x40065680 fp = 0x402c0ff8
traceback 1 -- lr = 0x40065758 fp = 0x402c1010
traceback 2 -- lr = 0x40044bd0 fp = 0x402c1038
traceback 3 -- lr = 0x40004e14 fp = 0xcacacaca
[LMS] Dump info around address [0x4157a3d4]:
[0x4157a3a8]: ba dc cd ab 00 00 00 00 | [0x4157be3a | 4]: 2 2
[0x4157a3b0]: 20 00 00 80 00 00 00 00 | [0x4157be3b | 0]: 2 0
[0x4157a3b8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3b | 4]: 0 0
[0x4157a3c0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3c | 0]: 0 0
[0x4157a3c8]: ba dc cd ab a8 a3 57 41 | [0x4157be3c | 4]: 2 2
[0x4157a3d0]: 2c 1a 00 00 [00] 00 00 00 | [0x4157be3d | 0]: 2 [3]
[0x4157a3d8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3d | 4]: 3 3
[0x4157a3e0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3e | 0]: 3 3
[0x4157a3e8]: ba dc cd ab c8 a3 57 41 | [0x4157be3e | 4]: 2 2
[0x4157a3f0]: 0c 1a 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3f | 0]: 2 3
[0x4157a3f8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x4157be3f | 4]: 3 3
[ERR]* Kernel Address Sanitizer Error Detected End *
str[ 0]=0x 0
######LmsTestUseAfterFree stop ######
输出的关键信息包括:
-
错误类型:
- Heap buffer overflow堆内存越界
- Use after free 释放后使用
-
错误操作:
- Illegal Read非法读
- Illegal Write非法写
- Illegal Double free重复释放
-
上下文:
- 当前任务信息(taskName, taskId)
- 回溯栈(backtrace)
-
出错地址的内存信息:
- 内存的值、及对应影子内存的值
- 内存地址:内存值| [影子内存地址 | 影子内存字节内偏移]:影子内存值
- 影子内存值:0(可读可写)、3(已释放)、2(红区)、1(填充值)