使用mprotect系统调用来调试内存问题：memalign，aligned

编写多任务应用程序时需要做出的决定之一是使用进程（使用fork系统调用）还是使用线程（使用posix库）。使用多个线程的主要好处是它们之间共享内存，但是当一个线程例如捣毁另一个线程缓冲区时，此功能也会产生问题。调试这种情况很困难，因为我们看到了垃圾数据，但是我们无法弄清楚是哪个线程执行的。

解决该问题的一种方法是在缓冲区之间添加没有权限的保护页。在Linux中使用posix线程时，默认情况下，其保护大小属性为一页自动完成。

例：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include <sys/mman.h>void *threadfn(void *p)
{int val=100;printf("thread val address=%lx\n",&val);sleep(100);return NULL;
}int main()
{int val=100;printf("main val address=%lx\n",&val);pthread_t t1,t2,t3;pthread_create(&t1,NULL,threadfn,NULL);pthread_create(&t2,NULL,threadfn,NULL);pthread_create(&t3,NULL,threadfn,NULL);sleep(100);pthread_exit(NULL);return 0;
}/* Output:
main val address=7ffe2438515c
thread val address=7fdba3989f44
thread val address=7fdba3a8af44
thread val address=7fdba4274f44
*/

我们创建3个线程并打印局部变量的地址（位于堆栈中）

现在，使用cat / proc / [pid] / maps查看进程内存映射

您可以看到linux线程库在线程堆栈之间添加了一页（4k），以防止其中一个限制另一个。

您可以在创建新线程时使用pthread_attr_t参数并使用pthread_attr_setguardsize函数来更改防护大小。

#include <pthread.h>int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t guardsize);
int pthread_attr_getguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t *guardsize);

但是，诸如动态分配或BSS / DATA节中的缓冲区之类的未位于堆栈中的内存又如何呢？

在这里您可以使用mprotect创建该保护区

#include <sys/mman.h>int mprotect(void *addr, size_t len, int prot);

mprotect可用于更改属于该进程的任何映射内存的MMU权限，例如：

mprotect(buffer,0x1000,PROT_READ);

在这里，我们将缓冲区地址页设置为只读，任何尝试写入的操作都会触发SIGSEGV信号（分段故障）。

需要注意的一点是，缓冲区必须与页面边界对齐，因此我们不能使用malloc对其进行分配。我们可以使用memalign或aligned_alloc，

#include <stdlib.h>int posix_memalign(void **memptr, size_t alignment, size_t size);
void *aligned_alloc(size_t alignment, size_t size);
void *valloc(size_t size);#include <malloc.h>void *memalign(size_t alignment, size_t size);
void *pvalloc(size_t size);

但是在这种情况下，最好的方法是直接调用mmap，而不使用任何堆。mmap返回页面，如果我们将其与MAP_ANONYMOUS一起使用，我们将从内核获取内存

p1=mmap(0,0x20000,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS,-1,0);mprotect(p1+page_size,page_size,PROT_NONE);
mprotect(p1+0x1f000,0x1000,PROT_NONE);pthread_attr_setstack(&attr,p1+0x1000,0x1d000);pthread_create(&t1,&attr,threadfn1,NULL);

在此代码中，我们首先分配128kb（0x20000），然后使用mprotect设置没有权限的第一页和最后一页，并使该内存区域成为线程堆栈。

如果线程溢出缓冲区，则进程将得到SIGSEGV，并且如果为该信号编写信号处理程序，它将在有问题的线程上下文中运行，因此我们可以捕获它。

完整示例：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
#include <sys/mman.h>void *threadfn1(void *p1)
{int num;int val=90;
/*     //uncomment this to see the thread faultint *p=&val;printf("val addr=%lx\n",&val);for(num=0;num<0x500;num++){*p=20;p++;} */while(1){puts("thread1");sleep(10);}return NULL;
}void *threadfn2(void *p)
{while(1){puts("thread2");sleep(10);}return NULL;
}int main()
{void *p1,*p2;pthread_t t1,t2,t3;int page_size=sysconf(_SC_PAGESIZE);printf("page size=%x\n",page_size);pthread_attr_t attr;struct sched_param param;pthread_attr_init(&attr);p1=mmap(0,0x20000,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS,-1,0);printf("mmap ret=%lx\n",p1); // the return address is page alignedmprotect(p1+page_size,page_size,PROT_NONE);mprotect(p1+0x1f000,0x1000,PROT_NONE);p2=malloc(0x20000);printf("malloc ret=%lx\n",p2); // malloc return address is not page alignedpthread_attr_setstack(&attr,p1+0x1000,0x1d000);pthread_create(&t1,&attr,threadfn1,NULL);pthread_attr_setstack(&attr,p2,0x20000);pthread_create(&t2,&attr,threadfn2,NULL);sleep(100);puts("end test");return 0;
}

结果是相同的，但是您可以对任何缓冲区使用此方法，不仅在堆栈中

https://devarea.com/using-mprotect-system-call-to-debug-memory-problems/#.X3RLSWgzaUk

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