查内存泄漏试试AScan

作者: 明翼 | 来源:发表于2020-05-27 15:54 被阅读0次

我用最多的排查c程序的内存问题的工具就是valgrind了，但是它这个工具有时候不是太好用，比如说，速度很慢，平时运行一次1s的程序，用valgrind排查可能要10s左右，还有没有好用的工具那，这不就发现了一个快速内存错误检测工具：
Address Sanitizer。

一简单介绍

Address Sanitizer是谷歌的快速的内存错误检测工具，它非常快只拖慢程序2倍左右的速度，在这次使用过程中，也是深有体会。在GCC 4.9版本以上，就可以很好的使用了。

Sanitizers是谷歌发起的开源工具集，包括了AddressSanitizer, MemorySanitizer, ThreadSanitizer, LeakSanitizer，Sanitizers项目本是LLVM项目的一部分，但GNU也将该系列工具加入到了自家的GCC编译器中。GCC从4.8版本开始支持Address和Thread Sanitizer，4.9版本开始支持Leak Sanitizer和UB Sanitizer，这些都是查找隐藏Bug的利器。

可以支持的内存检测：

Use after free
Heap buffer overflow
Stack buffer overflow
Global buffer overflow
Use after return
Use after scope
Initialization order bugs
Memory leaks

二使用方法

确保自己的gcc版本在4.9以上，4.8版本上缺少符号信息，我的测试机器：
centos 7.x ，gcc的版本是4.8.5版本，需要升级。

gcc -v
gcc version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-39) (GCC)

升级过程：

wget https://mirrors.ustc.edu.cn/gnu/gcc/gcc-4.9.4/gcc-4.9.4.tar.gz
tar  xvf  gcc-4.9.4.tar.gz
cd gcc-4.9.4
./contrib/download_prerequisites
mkdir build-gcc
cd build-gcc/
../gcc-4.9.4/configure --enable-checking=release --enable-languages=c,c++ --disable-multilib
make -j 8
make install

注意编译安装gcc的过程，超级慢要1-2个小时。

编译时候添加选项：

-fsanitize=address  -fno-omit-frame-pointer -fno-optimize-sibling-calls  -O0

编译的时候说缺少个依赖的库。
通过：

yum install libasan -y

命令可以安装下。

注意：
Address Sanitizer 会替换malloc和free，如果采用第三方的内存申请库，则无法替换，会造成功能缺失。

主要可以检查的内存问题有：

Out-of-bounds accesses to heap, stack and globals
Use-after-free
Use-after-return (runtime flag ASAN_OPTIONS=detect_stack_use_after_return=1)
Use-after-scope (clang flag -fsanitize-address-use-after-scope)
Double-free, invalid free
Memory leaks (experimental)

三实践测试

3.1 栈溢出

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 
  4 int func0(void)
  5 {
  6    char str[4] = {0};
  7    strcpy(str,"1234");
  8    return 0;
  9 }
 10 int main(int argc,char *argv[])
 11 {
 12    func0();
 13    return 0;
 14 }

命令：

gcc -g main.c -o t1  -fsanitize=leak -fsanitize=address  -fno-omit-frame-pointer

运行报错：

[root@localhost tests]# ./t1
./t1: error while loading shared libraries: libasan.so.1: cannot open shared object file: No such file or directory

缺少动态库，解决办法：

[root@localhost tests]# find / -name libasan.so.1
/usr/local/lib64/libasan.so.1
[root@localhost tests]# echo /usr/local/lib64 >> /etc/ld.so.conf
[root@localhost tests]# ldconfig

运行显示：

[root@localhost tests]# ./t1
=================================================================
==2890==ERROR: AddressSanitizer: stack-buffer-overflow on address 0x7ffed0cfce50 at pc 0x400965 bp 0x7ffed0cfce20 sp 0x7ffed0cfce18
WRITE of size 5 at 0x7ffed0cfce50 thread T0
    #0 0x400964 in func0 /home/miaohq/tests/main.c:7
    #1 0x4009d2 in main /home/miaohq/tests/main.c:12
    #2 0x7f73dfa19444 in __libc_start_main (/lib64/libc.so.6+0x22444)
    #3 0x400738 (/home/miaohq/tests/t1+0x400738)

Address 0x7ffed0cfce50 is located in stack of thread T0 at offset 32 in frame
    #0 0x400815 in func0 /home/miaohq/tests/main.c:5

  This frame has 1 object(s):
    [32, 36) 'str' <== Memory access at offset 32 partially overflows this variable
HINT: this may be a false positive if your program uses some custom stack unwind mechanism or swapcontext
      (longjmp and C++ exceptions *are* supported)
SUMMARY: AddressSanitizer: stack-buffer-overflow /home/miaohq/tests/main.c:7 func0
Shadow bytes around the buggy address:
....

说明：

错误类型是 stack-buffer-overflow
不合法操作WRITE发生在线程T0
WRITE of size 5 at 0x7ffed0cfce50 thread T0
具体发生的位置：/home/miaohq/tests/main.c:7
后面还有影子内存一些指示，后续再开一篇聊下，主要我也不熟悉哈哈:)。

3.2 堆溢出

示例代码如下：

 11 void func1(void)
 12 {
 13    char * p = (char*) malloc(sizeof(char)*4);
 14    char chs[] ={"12345"};
 15    memset(p,0x0,4);
 16    if (p != NULL) {
 17      memcpy(p,chs,5);
 18    }
 19 }

按照同样办法编译，测试如下：

==37125==ERROR: AddressSanitizer: heap-buffer-overflow on address 0x60200000eff0 at pc 0x400cbe bp 0x7ffc7be10c20 sp 0x7ffc7be10c18
WRITE of size 5 at 0x60200000eff0 thread T0
    #0 0x400cbd in func1 /home/miaohq/tests/main.c:17
    #1 0x400d3d in main /home/miaohq/tests/main.c:24
    #2 0x7fe88958d444 in __libc_start_main (/lib64/libc.so.6+0x22444)
    #3 0x400858 (/home/miaohq/tests/t1+0x400858)

0x60200000eff4 is located 0 bytes to the right of 4-byte region [0x60200000eff0,0x60200000eff4)
allocated by thread T0 here:
    #0 0x7fe88998c0f2 in __interceptor_malloc ../../../../gcc-4.9.4/libsanitizer/asan/asan_malloc_linux.cc:96
    #1 0x400b60 in func1 /home/miaohq/tests/main.c:13
    #2 0x400d3d in main /home/miaohq/tests/main.c:24
    #3 0x7fe88958d444 in __libc_start_main (/lib64/libc.so.6+0x22444)

说明：

错误类型：heap-buffer-overflow
错误原因：WRITE of size 5 at 0x60200000eff0 thread T0
发生位置： #0 0x400cbd in func1 /home/miaohq/tests/main.c:17

3.3 释放后使用

就是申请了一块内存区域，释放后没有设置为NULL，后续继续使用了。
代码示例：

 21 void func2(void)
 22 {
 23     int * a = (int*)malloc(sizeof(int)*1);
 24    if ( a != NULL ) {
 25       *a = 1;
 26       printf("a is:%d.",*a);
 27      free(a);
 28      *a = 2;
 29      printf("error a is:%d.",*a);
 30    }
 31 }

同样的编译方法，报错如下：

==37556==ERROR: AddressSanitizer: heap-use-after-free on address 0x60200000eff0 at pc 0x400ed6 bp 0x7ffd2dafb6d0 sp 0x7ffd2dafb6c8
WRITE of size 4 at 0x60200000eff0 thread T0
    #0 0x400ed5 in func2 /home/miaohq/tests/main.c:28
    #1 0x400f0c in main /home/miaohq/tests/main.c:36
    #2 0x7f5632169444 in __libc_start_main (/lib64/libc.so.6+0x22444)
    #3 0x400948 (/home/miaohq/tests/t1+0x400948)

0x60200000eff0 is located 0 bytes inside of 4-byte region [0x60200000eff0,0x60200000eff4)
freed by thread T0 here:
    #0 0x7f5632567ec1 in __interceptor_free ../../../../gcc-4.9.4/libsanitizer/asan/asan_malloc_linux.cc:79
    #1 0x400e9e in func2 /home/miaohq/tests/main.c:27
    #2 0x400f0c in main /home/miaohq/tests/main.c:36
    #3 0x7f5632169444 in __libc_start_main (/lib64/libc.so.6+0x22444)

previously allocated by thread T0 here:
    #0 0x7f56325680f2 in __interceptor_malloc ../../../../gcc-4.9.4/libsanitizer/asan/asan_malloc_linux.cc:96
    #1 0x400e2b in func2 /home/miaohq/tests/main.c:23
    #2 0x400f0c in main /home/miaohq/tests/main.c:36
    #3 0x7f5632169444 in __libc_start_main (/lib64/libc.so.6+0x22444)

SUMMARY: AddressSanitizer: heap-use-after-free /home/miaohq/tests/main.c:28 func2

说明：

错误类型：heap-use-after-free
错误原因：WRITE of size 4 at 0x60200000eff0 thread T0
发生位置： #0 0x400ed5 in func2 /home/miaohq/tests/main.c:28
这个挺好的，有明确的错误类型，指示位置也很准确。

3.4 全局缓存溢出

这些错误类型比valgrind分的更细致点，让我们来看看代码：

int g_abc[11];

 36 int func3(void)
 37 {
 38     int i = 0;
 39     for (i = 0; i <= 100; i++) {
 40       printf("value:%d\t",g_abc[i]);
 41       if (i%10 == 0 && i != 0) {
 42          printf("\n");
 43       }
 44    }
 45    return g_abc[12];
 46 }

很不幸，这个翻车了，就算我把循环改成了100也是可以正常处理的，另外在gcc下没有告警，在clang中倒是在编译的时候就给出了告警信息：

clang: warning: argument unused during compilation: '-u se-after-free'
main.c:45:11: warning: array index 12 is past the end of the array (which contains 11 elements) [-Warray-bounds]
   return g_abc[12];
          ^     ~~
main.c:5:1: note: array 'g_abc' declared here
int g_abc[11];

编译器改成g++,编译命令如下：

g++    -fsanitize=address  -fno-omit-frame-pointer -fsanitize=leak    -use-after-free  -g main.c -o t1

再次执行的时候报错：

[root@localhost tests]# ./t1
value:0 value:0 value:0 value:0 value:0 value:0 value:0 value:0 value:0 value:0 value:0 
=================================================================
==25944==ERROR: AddressSanitizer: global-buffer-overflow on address 0x00000060224c at pc 0x401079 bp 0x7ffce4e9ffe0 sp 0x7ffce4e9ffd8
READ of size 4 at 0x00000060224c thread T0
    #0 0x401078 in func3() /home/miaohq/tests/main.c:40
    #1 0x401299 in main /home/miaohq/tests/main.c:60
    #2 0x7f3727c92444 in __libc_start_main (/lib64/libc.so.6+0x22444)
    #3 0x400a68 (/home/miaohq/tests/t1+0x400a68)

0x00000060224c is located 0 bytes to the right of global variable 'g_abc' from 'main.c' (0x602220) of size 44
SUMMARY: AddressSanitizer: global-buffer-overflow /home/miaohq/tests/main.c:40 func3()

说明：

错误类型：global-buffer-overflow
错误原因： READ of size 4 at 0x00000060224c thread T0 即发生了越界读
错误位置：#0 0x401078 in func3() /home/miaohq/tests/main.c:40

3.5 内存泄漏

内存泄漏代码：

 47 int func4(void)
 48 {
 49    char * p = (char*) malloc(5);
 50    memset(p,0x0,5);
 51    memcpy(p,"1234",4),
 52    printf("%s\n",p);
 53 }

在我gcc的4.9.4版本情况下，如果按照上述编译和运行后，并没有看到任何内存泄漏的提示，
在clang的编译器下，可以通过：

ASAN_OPTIONS=detect_leaks=1 ./t1

运行程序来显示内存泄漏，但是我的gcc的版本还是低了，还是无法显示内存泄漏，索性直接升级到最新版本，升级过程太慢，这个无法忍受，我还是先用clang编译器测试下。

yum install clang -y
clang    -fsanitize=address  -fno-omit-frame-pointer -fsanitize=leak    -use-after-free  -g main.c -o t1
ASAN_OPTIONS=detect_leaks=1 ./t1

显示信息如下：

root@localhost tests]# ASAN_OPTIONS=detect_leaks=1 ./t1
1234
=================================================================
==108674==ERROR: LeakSanitizer: detected memory leaks

Direct leak of 5 byte(s) in 1 object(s) allocated from:
    #0 0x465229 in __interceptor_malloc (/home/miaohq/tests/t1+0x465229)
    #1 0x47c59e in func4 /home/miaohq/tests/main.c:49
    #2 0x47cabb in main /home/miaohq/tests/main.c:58
    #3 0x7efd6b207444 in __libc_start_main (/lib64/libc.so.6+0x22444)

SUMMARY: AddressSanitizer: 5 byte(s) leaked in 1 allocation(s).

说明：

显示错误原因为：detected memory leaks
被泄漏的内存：Direct leak of 5 byte(s) in 1 object(s) allocated from
泄漏的具体位置： 0x47c59e in func4 /home/miaohq/tests/main.c:49
总结信息：AddressSanitizer: 5 byte(s) leaked in 1 allocation(s).

提示：有时候我们编译程序通过-g 或-ggdb调试仍然有问题，只显示地址，这里面可以试试这个办法：
[root@localhost tests]# addr2line -a -C -e ./t1 0x47c46b
0x000000000047c46b
/home/miaohq/tests/main.c:51

五升级gcc到最新版本

按照上面的方法升级到9.3.0，运行缺少库：
安装：

./bin/suricata: error while loading shared libraries: libasan.so.5: cannot open shared object file: No such file or directory
## 解决办法
yum install centos-release-scl-rh
yum --enablerepo=centos-sclo-rh-testing install libasan5

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一简单介绍

二使用方法

三实践测试

3.1 栈溢出

3.2 堆溢出

3.3 释放后使用

3.4 全局缓存溢出

3.5 内存泄漏

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