by 
WANG
也許很多人都聽說過類似這樣的一個(gè)故事：某公司的服務(wù)器每隔3個(gè)月就會(huì)毫無預(yù)兆的崩潰一次，怎么也查不出原因，為了避免崩潰可能引發(fā)的問題，只得每2個(gè)月手動(dòng)重啟一次服務(wù)器。在這類有些靈異的事件背后，以內(nèi)存泄露為代表的一系列內(nèi)存錯(cuò)誤往往就是那個(gè)幕后黑手。
在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，內(nèi)存泄漏指由于疏忽或錯(cuò)誤造成程序未能釋放已經(jīng)不再使用的內(nèi)存的情況。內(nèi)存泄漏并非指內(nèi)存在物理上的消失，而是應(yīng)用程序分配某段內(nèi)存后，由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，失去了對(duì)該段內(nèi)存的控制，因而造成了內(nèi)存的浪費(fèi)。
內(nèi)存泄漏會(huì)導(dǎo)致可用內(nèi)存的數(shù)量減少從而降低計(jì)算機(jī)的性能。過多的可用內(nèi)存被分配掉會(huì)導(dǎo)致全部或部分設(shè)備停止正常工作，或者應(yīng)用程序崩潰。
其他的內(nèi)存錯(cuò)誤還包括緩沖區(qū)溢出、越界訪問等，此類錯(cuò)誤輕則導(dǎo)致程序計(jì)算錯(cuò)誤，重則引起程序崩潰，在內(nèi)存緊張的嵌入式系統(tǒng)中尤為致命，Google旗下的開源工具AddressSanitizer可以幫助我們檢測此類錯(cuò)誤。
AddressSanitizer（ASan）是一個(gè)快速的內(nèi)存錯(cuò)誤檢測工具。它非常快，只拖慢程序兩倍左右。它包括一個(gè)編譯器instrumentation模塊和一個(gè)提供malloc()/free()替代項(xiàng)的運(yùn)行時(shí)庫。從gcc 4.8開始，AddressSanitizer成為gcc的一部分。
詳細(xì)了解AddressSanitizer信息可以訪問其github項(xiàng)目地址：
https://github.com/google/sanitizers/wiki/AddressSanitizer
AddressSanitizer主要包括兩部分：插樁(Instrumentation)和動(dòng)態(tài)運(yùn)行庫(Run-time library)。插樁主要是針對(duì)在llvm編譯器級(jí)別對(duì)訪問內(nèi)存的操作(store，load，alloca等)，將它們進(jìn)行處理。動(dòng)態(tài)運(yùn)行庫主要提供一些運(yùn)行時(shí)的復(fù)雜的功能(比如poison/unpoison shadow memory)以及將malloc,free等系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)hook住。該算法的思路是：如果想防住Buffer Overflow漏洞，只需要在每塊內(nèi)存區(qū)域右端（或兩端，能防overflow和underflow）加一塊區(qū)域（RedZone），使RedZone的區(qū)域的影子內(nèi)存（Shadow Memory)設(shè)置為不可寫即可。具體的示意圖如下圖所示。
AddressSanitizer保護(hù)的主要原理是對(duì)程序中的虛擬內(nèi)存提供粗粒度的影子內(nèi)存(每8個(gè)字節(jié)的內(nèi)存對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的影子內(nèi)存)，為了減少overhead，采用了直接內(nèi)存映射策略，所采用的具體策略如下：Shadow=(Mem >> 3) + offset。每8個(gè)字節(jié)的內(nèi)存對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的影子內(nèi)存，影子內(nèi)存中每個(gè)字節(jié)存取一個(gè)數(shù)字k,如果k=0，則表示該影子內(nèi)存對(duì)應(yīng)的8個(gè)字節(jié)的內(nèi)存都能訪問，如果0<k<7,表示前k個(gè)字節(jié)可以訪問，如果k為負(fù)數(shù)，不同的數(shù)字表示不同的錯(cuò)誤（e.g. Stack buffer overflow, Heap buffer overflow)。
為了防止buffer overflow，需要將原來分配的內(nèi)存兩邊分配額外的內(nèi)存Redzone，并將這兩邊的內(nèi)存加鎖，設(shè)為不能訪問狀態(tài)，這樣可以有效的防止buffer overflow(但不能杜絕buffer overflow)。以下是在棧中插樁的一個(gè)例子。
在動(dòng)態(tài)運(yùn)行庫中將malloc/free函數(shù)進(jìn)行了替換。在malloc函數(shù)中額外的分配了Redzone區(qū)域的內(nèi)存，將與Redzone區(qū)域?qū)?yīng)的影子內(nèi)存加鎖，主要的內(nèi)存區(qū)域?qū)?yīng)的影子內(nèi)存不加鎖。
free函數(shù)將所有分配的內(nèi)存區(qū)域加鎖，并放到了隔離區(qū)域的隊(duì)列中(保證在一定的時(shí)間內(nèi)不會(huì)再被malloc函數(shù)分配)，可檢測Use after free類的問題。
詳細(xì)了解ASan算法原理可以訪問以下地址：
https://github.com/google/sanitizers/wiki/AddressSanitizerAlgorithm
環(huán)境：Ubuntu 16.04 gcc 4.8以上
用-fsanitize=address選項(xiàng)編譯和鏈接你的程序;
用-fno-omit-frame-pointer編譯，以在錯(cuò)誤消息中添加更好的堆棧跟蹤。
增加-O1以獲得更好的性能。
下面以簡單的測試代碼leaktest.c為例
在終端中輸入以下命令編譯leaktest.c
運(yùn)行l(wèi)eaktest，會(huì)打印下面的錯(cuò)誤信息：
第一部分（ERROR），指出錯(cuò)誤類型detected memory leaks；
第二部分給出詳細(xì)的錯(cuò)誤信息：Direct leak of 80 byte(s) in 1 object(s)，以及發(fā)生錯(cuò)誤的對(duì)象名/源文件位置/行數(shù)；
第三部分是以上信息的一個(gè)總結(jié)（SUMMARY）。
可以根據(jù)以下的需求設(shè)置ASan檢測白名單
忽略一個(gè)確定正確的函數(shù)以提高應(yīng)用運(yùn)行速度；
忽略一個(gè)特定功能的函數(shù)（例如：繞過框架邊界穿過線程的堆棧）；
忽略已知的問題。
使用no_sanitize_address屬性（Clang3.3及GCC4.8以上版本支持）定義如下的宏命令：
