harmony 鸿蒙LMS调测

  • 2022-08-09
  • 浏览 (789)

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-A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。

  • 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，并将头节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。

  • 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

内核态

OpenHarmony LiteOS-A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。

用户态

用户态仅提供LMS检测库，不提供对外接口。

开发指导

内核态开发流程

开启LMS调测的典型流程如下：

  1. 配置LMS模块相关宏。 配置LMS控制宏LOSCFG_KERNEL_LMS，默认关，在kernel/liteos_a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|

  1. 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",
       ]
   }
  1. 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。

内核态编程实例

本实例实现如下功能：

  1. 创建一个用于Lms测试的任务。

  2. 构造内存溢出错误和释放后使用错误。

  3. 添加-fsanitize=kernel-address后编译执行，观察输出结果。

内核态示例代码

该示例代码的测试函数可以加在 kernel /liteos_a/testsuites /kernel /src /osTest.c 中的 TestTaskEntry 中进行测试。 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);
    (VOID)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; // 0x800: lms test task stack size
    lmsTestTask.usTaskPrio   = 5; // 5: lms test task priority
    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;
}
LOS_MODULE_INIT(Example_Lms_test, LOS_INIT_LEVEL_KMOD_EXTENDED);

内核态结果验证

输出结果如下：

######LmsTestOsmallocOverflow start ######
[ERR][KProcess:LmsTestCaseTask]*  Kernel Address Sanitizer Error Detected Start *
[ERR][KProcess:LmsTestCaseTask]Heap buffer overflow error detected
[ERR][KProcess:LmsTestCaseTask]Illegal READ address at: [0x4157a3c8]
[ERR][KProcess:LmsTestCaseTask]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][KProcess:LmsTestCaseTask]*  Kernel Address Sanitizer Error Detected End *
str[20]=0xffffffba
######LmsTestOsmallocOverflow stop ######
###### LmsTestUseAfterFree start ######
[ERR][KProcess:LmsTestCaseTask]*  Kernel Address Sanitizer Error Detected Start *
[ERR][KProcess:LmsTestCaseTask]Use after free error detected
[ERR][KProcess:LmsTestCaseTask]Illegal READ address at: [0x4157a3d4]
[ERR][KProcess:LmsTestCaseTask]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][KProcess:LmsTestCaseTask]*  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）。

用户态开发流程

在待检测的app编译脚本中，添加如下参数即可， 完整示例可参见 /kernel/liteos_a/apps/lms/BUILD.gn。

if ("$ohos_build_compiler_specified" == "gcc") {
        cflags_c = [
        "-O0",
        "-fsanitize=kernel-address",
        "-funwind-tables",
        "-fasynchronous-unwind-tables",
        ]
    } else {
        cflags_c = [
            "-O0",
            "-fsanitize=kernel-address",
            "-mllvm",
            "-asan-instrumentation-with-call-threshold=0",
            "-mllvm",
            "-asan-stack=0",
            "-mllvm",
            "-asan-globals=0",
            "-funwind-tables",
            "-fasynchronous-unwind-tables",
        ]
  }
  ldflags = [
    "-rdynamic",
    "-lunwind",
    "-lusrlms",
    "-Wl,--wrap=realloc",
    "-Wl,--wrap=calloc",
    "-Wl,--wrap=malloc",
    "-Wl,--wrap=free",
    "-Wl,--wrap=valloc",
    "-Wl,--wrap=aligned_alloc",
    "-Wl,--wrap=memset",
    "-Wl,--wrap=memcpy",
    "-Wl,--wrap=memmove",
    "-Wl,--wrap=strcpy",
    "-Wl,--wrap=strcat",
  ]
  deps = [ "//kernel/liteos_a/kernel/extended/lms/usr:usrlmslib" ]

用户态编程实例

本实例实现如下功能：

  1. 构造内存溢出错误和释放后使用错误。

  2. 添加对应编译选项后，重新编译执行。

用户态示例代码

实例代码如下：

static void BufWriteTest(void *buf, int start, int end)
{
    for (int i = start; i <= end; i++) {
        ((char *)buf)[i] = 'a';
    }
}
static void BufReadTest(void *buf, int start, int end)
{
    char tmp;
    for (int i = start; i <= end; i++) {
        tmp = ((char *)buf)[i];
    }
}
static void LmsMallocTest(void)
{
    printf("\n-------- LmsMallocTest Start --------\n");
    char *buf = (char *)malloc(16); // 16: buffer size for test
    BufReadTest(buf, -1, 16);
    free(buf);
    printf("\n-------- LmsMallocTest End --------\n");
}
static void LmsFreeTest(void)
{
    printf("\n-------- LmsFreeTest Start --------\n");
    char *buf = (char *)malloc(16); // 16: buffer size for test
    free(buf);
    BufReadTest(buf, 1, 1);
    free(buf);
    printf("\n-------- LmsFreeTest End --------\n");
}
int main(int argc, char * const * argv)
{
    printf("\n############### Lms Test start ###############\n");
    char *tmp = (char *)malloc(5000); // 5000: temp buffer size
    LmsMallocTest();
    LmsFreeTest();
    printf("\n############### Lms Test End ###############\n");
}

用户态结果验证

输出结果如下：

*  Lite Memory Sanitizer Error Detected  *
Heap buffer overflow error detected!
Illegal READ address at: [0x1f8b3edf]
Shadow memory address: [0x3d34d3ed : 6]  Shadow memory value: [2]
Accessible heap addr     0
Heap red zone            2
Heap freed buffer        3
Dump info around address [0x1f8b3edf]:
        [0x1f8b3eb8]:  74  55  8b  1f  74  55  8b  1f|[0x3d34d3eb| 4]:  0  0
        [0x1f8b3ec0]:  f8  9c  8b  1f  00  00  00  00|[0x3d34d3ec| 0]:  0  0
        [0x1f8b3ec8]:  00  00  00  00  9c  fc  fc  fc|[0x3d34d3ec| 4]:  0  0
        [0x1f8b3ed0]:  21  00  00  00  41  00  00  00|[0x3d34d3ed| 0]:  0  0
        [0x1f8b3ed8]:  60  55  8b  1f  60  55  8b [1f]|[0x3d34d3ed| 4]:  2 [2]
        [0x1f8b3ee0]:  50  4e  0b  00  00  00  00  00|[0x3d34d3ee| 0]:  0  0
        [0x1f8b3ee8]:  09  00  00  00  00  00  00  00|[0x3d34d3ee| 4]:  0  0
        [0x1f8b3ef0]:  00  00  00  00  08  03  09  00|[0x3d34d3ef| 0]:  2  2
        [0x1f8b3ef8]:  00  00  00  00  00  00  00  00|[0x3d34d3ef| 4]:  2  2
*  Lite Memory Sanitizer Error Detected End *
Backtrace() returned 5 addresses
    #01: <LMS_ReportError+0x284>[0x4d6c] -> ./sample_usr_lms
    #02: <(null)+0x2004074>[0x4074] -> ./sample_usr_lms
    #03: <(null)+0x2003714>[0x3714] -> ./sample_usr_lms
    #04: <main+0x40>[0x363c] -> ./sample_usr_lms
    #05: <(null)+0x1f856f30>[0x56f30] -> /lib/libc.so
-------- LMS_malloc_test End --------
*  Lite Memory Sanitizer Error Detected  *
Use after free error detected!
Illegal Double free address at: [0x1f8b3ee0]
Shadow memory address: [0x3d34d3ee : 0]  Shadow memory value: [3]
Accessible heap addr     0
Heap red zone            2
Heap freed buffer        3
Dump info around address [0x1f8b3ee0]:
        [0x1f8b3ec0]:  f8  9c  8b  1f  00  00  00  00|[0x3d34d3ec| 0]:  0  0
        [0x1f8b3ec8]:  00  00  00  00  fc  fd  fc  fc|[0x3d34d3ec| 4]:  0  0
        [0x1f8b3ed0]:  21  00  00  00  20  01  00  00|[0x3d34d3ed| 0]:  0  0
        [0x1f8b3ed8]:  60  55  8b  1f  60  55  8b  1f|[0x3d34d3ed| 4]:  2  2
        [0x1f8b3ee0]: [20] 60  9a  1f  40  61  9a  1f|[0x3d34d3ee| 0]: [3] 3
        [0x1f8b3ee8]:  60  62  9a  1f  80  63  9a  1f|[0x3d34d3ee| 4]:  3  3
        [0x1f8b3ef0]:  20  40  8b  1f  20  20  8b  1f|[0x3d34d3ef| 0]:  3  3
        [0x1f8b3ef8]:  00  00  00  00  00  00  00  00|[0x3d34d3ef| 4]:  3  3
        [0x1f8b3f00]:  00  00  00  00  00  00  00  00|[0x3d34d3f0| 0]:  3  3
*  Lite Memory Sanitizer Error Detected End *
Backtrace() returned 5 addresses
    #01: <LMS_ReportError+0x284>[0x4d6c] -> ./sample_usr_lms
    #02: <LMS_free+0xcc>[0x5548] -> ./sample_usr_lms
    #03: <(null)+0x2003fc4>[0x3fc4] -> ./sample_usr_lms
    #04: <main+0x68>[0x3664] -> ./sample_usr_lms
    #05: <(null)+0x1f856f30>[0x56f30] -> /lib/libc.so
-------- LMS_free_test End --------

输出的Backtrace中包含地址所在的文件名，用户需查找对应文件中地址对应的代码行号。

你可能感兴趣的鸿蒙文章

harmony 鸿蒙内核

harmony 鸿蒙内核编码规范

harmony 鸿蒙标准库支持

harmony 鸿蒙中断管理

harmony 鸿蒙事件

harmony 鸿蒙互斥锁

harmony 鸿蒙消息队列

harmony 鸿蒙信号量

harmony 鸿蒙双向链表

harmony 鸿蒙内存管理

0  赞
  • 所属分类： 后端技术
  • 本文标签： 鸿蒙 软件
  • 版权声明： 原创文章如转载，请注明本文链接: https://m.seaxiang.com/blog/1dc6d9ec246b45329a3ec9337fd8ab27
热门推荐
标签云
Linux Java Spring Spring Boot docker 大数据 前端 生活 maven golang 软件 spring cloud fintech mac vscode 其他 区块链 以太坊 V神 开发者 技术 股票 git greenplum 分布式事务 chrome mysql flink kafka 设计模式 原理 鸿蒙 seo
最新文章
本文目录