Майкл Джонсон - Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

На основе этих соглашений реализации malloc()обычно возвращают память, первый байт которой выровнен в соответствии с размером слова процессора (4 байта для 32-разрядных и 8 байтов на 64-разрядных процессоров). По умолчанию Electric Fence пытается эмулировать такое поведение, предлагая функцию malloc(), возвращающую только адреса, кратные sizeof(int).

В большинстве программ подобное выравнивание не критично, то есть распределение памяти происходит инкрементным образом на основе размера машинного слова либо в виде простых символьных строк, для которых требования по выравниванию не предусмотрены (поскольку каждый элемент занимает всего 1 байт).

В случае с нашей тестовой программой первый вызов malloc()распределил пять байт.

Для того чтобы Electric Fence удовлетворял своим ограничениям по выравниванию, он трактует этот вызов как запрос восьми байт, с дополнительными тремя доступными байтами. В этом случае небольшие переполнения буфера, распространяющиеся на эту область, не перехватываются.

В связи с тем, что выравнивание malloc()обычно можно игнорировать, а выравнивание может способствовать незаметному переполнению буфера, Electric Fence предоставляет возможность управление выравниванием через переменную окружения ЕF_ALIGNMENT. Если эта переменная установлена, все результаты malloc()выравниваются в соответствии с ее значением. Например, если переменная установлена в значение 5, все результаты malloc()будут рассматриваться как кратные 5 (тем не менее, это значение не особенно полезно). Для отключения выравнивания памяти перед запуском программы установите ЕF_ALIGNMENTв 1. В среде Linux некорректно выровненный доступ в любом случае исправляются в ядре, несмотря на то, что в результате скорость выполнения программы может существенно снизиться. Программа будет функционировать корректно, если только в ней не присутствуют небольшие переполнения буфера.

Ниже приведен пример поведения тестовой программы, скомпонованной с Electric Fence, после установки ЕF_ALIGNMENTв 1.

$ export EF_ALIGNMENT=1

$ gdb broken

...

(gdb) run

Starting program: /usr/src/lad/code/broken

Electric Fence 2.2.0 Copyright (C) 1987 - 1999 Bruce Perens.

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.

0x002a78c6 in strcpy() from /lib/tls/libc.so.6

(gdb) where

#0 0x002a78c6 in strcpy() from /lib/tls/libc.so.6

#1 0x08048522 in broken() at broken.c:15

#2 0x08048638 in main() at broken.с:47

На этот раз Electric Fence нашел переполнение буфера, которое произошло первым.

Electric Fence не только помогает обнаружить переполнение буфера, но и может найти недогрузку буфера (выполняя доступ к памяти, расположенной перед началом выделяемого malloc()буфера) и получает доступ к памяти, освобождаемой с помощью free(). Если переменная окружения EF_PROTECT_BELOWустановлена в 1, Electric Fence перехватывает недогрузку буфера вместо его переполнения. Это происходит путем размещения недоступной области памяти непосредственно перед фактической областью памяти, возвращаемой функцией malloc(). При этом Electric Fence не сможет обнаружить переполнение буфера из-за страничной организации памяти, реализованной в большинстве процессоров. Выравнивание памяти может затруднить обнаружение переполнения буфера, однако оно не влияет на недогрузку буфера. Функция malloc()из Electric Fence всегда возвращает адрес памяти в начале страницы, которая всегда выровнена по границе слова.

Если EF_PROTECT_FREEустановлена в 1, free()делает переданную ей область памяти недоступной, но не возвращает ее в пул свободной памяти. Если программа пытается получить доступ к этой памяти на любом этапе в будущем, ядро обнаружит несанкционированный доступ. Настройка EF_PROTECT_FREEпомогает удостовериться, что код ни на одном этапе выполнения не использует память, освобожденную с помощью free().

Несмотря на то что Electric Fence выполняет неплохую работу по обнаружению переполнения буферов, выделенных malloc(), он не помогает отслеживать проблемы ни с глобальными, ни с локальными данными. Electric Fence также не обнаруживает утечки памяти, потому решать эту проблему придется другими средствами.

Хотя Electric Fence является мощным, легким в употреблении и быстрым инструментом (поскольку все проверки доступа осуществляются аппаратными средствами), за все это приходится платить свою цену. Большинство процессоров позволяют системе управлять доступом к памяти только в единицах, равных странице, за один раз. На процессорах Intel 80x86, например, каждая страница занимает 4096 байт. Вследствие того, что Electric Fence требует от malloc()установки двух разных областей памяти для каждого вызова (одна — позволяющая доступ, а другая — запрещающая), каждый вызов malloc()потребляет страницу памяти, или 4 Кбайт [12] Во всяком случае это справедливо для систем Linux/Intel и Linux/SPARC. Размер страницы зависит от базовой аппаратной архитектуры и в некоторых системах может составлять 16 Кбайт и больше. ! Если в тестируемом коде распределяется множество небольших участков памяти, его компоновка с Electric Fence может легко увеличить потребление памяти программы на два или три порядка. При этом использование EF_PROTECT_FREEеще более усугубляет положение, поскольку память никогда не освобождается.

Для систем с большими относительно размера отлаживаемой программы объемами памяти при поиске источника определенной проблемы Electric Fence может действовать быстрее, чем Valgrind. Тем не менее, если для функционирования Electric Fence требуется организовать пространство для свопинга размером в 1 Гбайт, то Valgrind, вполне вероятно, окажется намного быстрее, даже несмотря на то, что он использует эмулятор, а не собственно центральный процессор.

Исполняемые файлы могут получать функции из библиотек одним из двух способов: функции можно скопировать из статической библиотеки непосредственно в образ исполняемого файла или на них могут иметься неявные ссылки в файле совместно используемой библиотеки, который читается во время запуска исполняемого файла. В этой будет показано, как использовать и создавать оба типа архивов.

Статические библиотеки представляют собой простые коллекции объектных файлов, объединенных утилитой ar(архиватор), arгруппирует объектные файлы в один архив и добавляет таблицу, в которой указано, какие объектные файлы в архиве какие символы определяют. Затем компоновщик, ld, связывает ссылки на символ в одном объектном файле с определением этого символа в объектном файле архива. Для статических библиотек используется суффикс .а.