内存检测工具 内存问题检测就用它-华清远见.pdf
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2022-07-11
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内存检测工具 内存问题检测就用它
内存问题在 C/C++等底层语言中，是非常难解决的问题。对于一个 c/c++程序员来说,内存泄漏是一个
常见的也是令人头疼的问题。已经有许多技术被研究出来以应对这个问题。平时写 c++程序,内存泄漏问题
都比较难以排查,一般都要等到程序出 bug 了,才能慢慢的检查出来。本篇文章就来给大家介绍一下内存检
测工具，内存问题检测就用它吧。
一般内存问题检测，初学者最常用的是逐步打印 log 信息但其效率不是太高，也比较的繁琐，尤其是
在运行成本高或重现概率低的情况下。另外，静态检查也是一类方法，有很多工具(lint, cppcheck,
klockwork, splint, o, etc.)。但缺点是误报很多，不适合针对性问题。另外误报率低的一般还需要收费。
最后，就是动态检查工具。下面介绍几个 Linux 平台下主要的运行时内存检查工具。绝大多数都是开源免
费且支持 x86 和 ARM 平台的。
首先，比较常见的内存问题有下面几种：
• memory overrun：写内存越界
• double free：同一块内存释放两次
• use after free：内存释放后使用
• wild free：释放内存的参数为非法值
• access uninitialized memory：访问未初始化内存
• read invalid memory：读取非法内存，本质上也属于内存越界
• memory leak：内存泄露
• use after return：caller 访问一个指针，该指针指向 callee 的栈内内存
• stack overflow：栈溢出
针对上面的问题，主要有以下几种方法：
1. 为了检测内存非法使用，需要 hook 内存分配和操作函数。hook 的方法可以是用 C-preprocessor，
也可以是在链接库中直接定义(因为 Glibc 中的 malloc/free 等函数都是 weak symbol)，或是用 LD_PRELOAD。
另外，通过 hook strcpy(),memmove()等函数可以检测它们是否引起 buffer overflow。
2. 为了检查内存的非法访问，需要对程序的内存进行 bookkeeping，然后截获每次访存操作并检测是
否合法。bookkeeping 的方法大同小异，主要思想是用 shadow memory 来验证某块内存的合法性。至于
instrumentation 的方法各种各样。有 run-time 的，比如通过把程序运行在虚拟机中或是通过 binary
translator 来运行;或是 compile-time 的，在编译时就在访存指令时就加入检查操作。另外也可以通过在
分配内存前后加设为不可访问的 guard page，这样可以利用硬件(MMU)来触发 SIGSEGV，从而提高速度。
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