使用 Windows 上的 AddressSanitizer 检测越界内存访问
最编程
2024-07-06 22:31:40
...
Windows下AddressSanitizer的使用
简介
AddressSanitizer的功能大致就是各种buffer溢出检测，比如数组越界什么的，可以用来避免一部分未定义行为，最初是做Unix课的作业时用过一次，然后就再也离不开它了……
AddressSanitizer · google/sanitizers Wiki
官方也给了它在Windows下的用法，和Linux、mac OSX中略有不同。AddressSanitizerWindowsPort · google/sanitizers Wiki
遗憾的是另一个也很强大的工具LeakSanitizer在Windows下还用不了。它的功能是检测内存泄漏。
LeakSanitizer is not supported on Windows yet. LeakSanitizer requires being able to stop the process at exit or some other point to scan for live pointers. This is called “StopTheWorld”, and the posix implementation uses ptrace, which is not available on Windows.
不过嘛，有得用总是好的~
环境
需要clang和Visual Studio。
clang+llvm直接去下载编译好的就可以了：
LLVM Download Page，Download LLVM 8.0.0-Pre-Built Binaries-Windows (64-bit)，那个sig不用管。然后安装。总之装clang的教程有一大堆。
Visual Studio就不说了……
使用
举例：
test.c：
#include <stdlib.h>
int main() {
int *arr = malloc(sizeof(int)*4);
arr[10] = -1;
return 0;
}
cmd命令：
clang test.c -o test.exe -g -fsanitize=address -Xlinker /LIBPATH:C:\llvm\lib\clang\8.0.0\lib\windows -Xlinker clang_rt.asan-x86_64.lib
clang test.c -o test.exe -g 这些都没什么好说的， -fsanitize=address就是启用AddressSanitizer了。-Xlinker /LIBPATH:C:\llvm\lib\clang\8.0.0\lib\windows
和-Xlinker clang_rt.asan-x86_64.lib
是两个传递给链接器的参数，在这里这两个参数被传递给了clang默认使用的链接器，也就是MSVC的链接器link.exe。它们俩的作用就是要求链接器去llvm\lib\clang\8.0.0\lib\windows下找到clang_rt.asan-x86_64.lib。AddressSanitizer实际上是往源文件里插入了一些代码，所以需要链接到这个库。其他不同的链接方式参考AddressSanitizerWindowsPort · google/sanitizers Wiki。
实际上还可以先生成.o文件，再手动使用链接器链接生成.exe文件，但是会麻烦很多，因为需要手动指定很多其他的库，否则会提示找不到一些.lib文件。
clang test.c -c -g -fsanitize=address
使用MSVC的链接器link.exe（位置取决于你的VS的安装路径，比如我的是C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2017\Community\VC\Tools\MSVC\14.16.27023\bin\Hostx64\x64）：
link.exe test.o /LIBPATH:C:\llvm\lib\clang\8.0.0\lib\windows clang_rt.asan-x86_64.lib /LIBPATH:"C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2017\Community\VC\Tools\MSVC\14.16.27023\lib\x64" /LIBPATH:"C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Lib\10.0.17763.0\um\x64" /LIBPATH:"C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Lib\10.0.17763.0\ucrt\x64"
也可以使用llvm自己的链接器lld-link.exe，位于llvm\bin，设置了环境变量时可以直接用。
lld-link.exe test.o /LIBPATH:C:\llvm\lib\clang\8.0.0\lib\windows clang_rt.asan-x86_64.lib /LIBPATH:"C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2017\Community\VC\Tools\MSVC\14.16.27023\lib\x64" /LIBPATH:"C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Lib\10.0.17763.0\um\x64" /LIBPATH:"C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Lib\10.0.17763.0\ucrt\x64"
需要链接的几个库的目录，同样取决于VS的安装位置：
/LIBPATH:"C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2017\Community\VC\Tools\MSVC\14.16.27023\lib\x64"
/LIBPATH:"C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Lib\10.0.17763.0\um\x64"
/LIBPATH:"C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Lib\10.0.17763.0\ucrt\x64"
控制台运行test.exe的输出：
==7344==ERROR: AddressSanitizer: heap-buffer-overflow on address 0x12c8dca000d8 at pc 0x7ff77a57107b bp 0x00fb7e4ffb70 sp 0x00fb7e4ffbb8
WRITE of size 4 at 0x12c8dca000d8 thread T0
#0 0x7ff77a57107a in Ordinal0+0x107a (C:\***\test.exe+0x14000107a)
#1 0x7ff77a5a1cff in _ubsan_get_current_report_data+0x9cf (C:\***\test.exe+0x140031cff)
#2 0x7ffbe79c7973 in BaseThreadInitThunk+0x13 (C:\Windows\System32\KERNEL32.DLL+0x180017973)
#3 0x7ffbe86aa270 in RtlUserThreadStart+0x20 (C:\Windows\SYSTEM32\ntdll.dll+0x18006a270)
Address 0x12c8dca000d8 is a wild pointer.
SUMMARY: AddressSanitizer: heap-buffer-overflow (C:\***\test.exe+0x14000107a) in Ordinal0+0x107a
Shadow bytes around the buggy address:
0x051df833ffc0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x051df833ffd0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x051df833ffe0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x051df833fff0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x051df8340000: fa fa 00 05 fa fa 00 06 fa fa 00 04 fa fa 00 07
=>0x051df8340010: fa fa 00 07 fa fa 00 00 fa fa fa[fa]fa fa fa fa
0x051df8340020: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
0x051df8340030: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
0x051df8340040: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
0x051df8340050: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
0x051df8340060: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
Shadow byte legend (one shadow byte represents 8 application bytes):
Addressable: 00
Partially addressable: 01 02 03 04 05 06 07
Heap left redzone: fa
Freed heap region: fd
Stack left redzone: f1
Stack mid redzone: f2
Stack right redzone: f3
Stack after return: f5
Stack use after scope: f8
Global redzone: f9
Global init order: f6
Poisoned by user: f7
Container overflow: fc
Array cookie: ac
Intra object redzone: bb
ASan internal: fe
Left alloca redzone: ca
Right alloca redzone: cb
Shadow gap: cc
==7344==ABORTING
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@Validated和@Valid区别-1.分组 @Validated：提供了一个分组功能，可以在入参验证时，根据不同的分组采用不同的验证机制。没有添加分组属性时，默认验证没有分组的验证属性。 伪代码如下： public interface First{ } public interface Second{ } public class UserModel { @NotNull(message = "{id.empty}", groups = { First.class }) private int id; @NotNull(message = "{username.empty}", groups = { First.class, Second.class }) private String username; @NotNull(message = "{content.empty}", groups = { First.class, Second.class }) private String content; ｝ public String save(@Validated( { Second.class }) UserModel userModel, BindingResult result) { if (result.hasErrors) { return "validate/error"; } return "redirect:/success"; } 对一个参数需要多种验证方式时，也可通过分配不同的组达到目的。例： @NotEmpty(groups = { First.class }) @Size(min = 3, max = 8, groups = { Second.class }) private String name; 分组还支持组序列 默认情况下，不同组别的约束验证是无序的，然而在某些情况下，约束验证的顺序却很重要，如下面两个例子：（1）第二个组中的约束验证依赖于一个稳定状态来运行，而这个稳定状态是由第一个组来进行验证的。（2）某个组的验证比较耗时，CPU 和内存的使用率相对比较大，最优的选择是将其放在最后进行验证。因此，在进行组验证的时候尚需提供一种有序的验证方式，这就提出了组序列的概念。 一个组可以定义为其他组的序列，使用它进行验证的时候必须符合该序列规定的顺序。在使用组序列验证的时候，如果序列前边的组验证失败，则后面的组将不再给予验证。 public interface GroupA { } public interface GroupB { } @GroupSequence( { GroupA.class, GroupB.class }) public interface Group { } public @ResponseBody String addPeople(@Validated({Group.class}) People p,BindingResult result) { if(result.hasErrors) { return "0"; } return "1"; } @Valid：作为标准JSR-303规范，还没有吸收分组的功能。 2.注解地方 @Validated：可以用在类型、方法和方法参数上。但是不能用在成员属性（字段）上 @Valid：可以用在方法、构造函数、方法参数和成员属性（字段）上 两者是否能用于成员属性（字段）上直接影响能否提供嵌套验证的功能。 3.嵌套验证 在比较两者嵌套验证时，先说明下什么叫做嵌套验证。 比如我们现在有个实体叫做Item： public class Item { @NotNull(message = "id不能为空") @Min(value = 1, message = "id必须为正整数") private Long id; @NotNull(message = "props不能为空") @Size(min = 1, message = "至少要有一个属性") private List<Prop> props; } Item带有很多属性，属性里面有：pid、vid、pidName和vidName，如下所示： public class Prop { @NotNull(message = "pid不能为空") @Min(value = 1, message = "pid必须为正整数") private Long pid; @NotNull(message = "vid不能为空") @Min(value = 1, message = "vid必须为正整数") private Long vid; @NotBlank(message = "pidName不能为空") private String pidName; @NotBlank(message = "vidName不能为空") private String vidName; } 属性这个实体也有自己的验证机制，比如pid和vid不能为空，pidName和vidName不能为空等。 现在我们有个ItemController接受一个Item的入参，想要对Item进行验证，如下所示： @RestController public class ItemController { @RequestMapping("/item/add") public void addItem(@Validated Item item, BindingResult bindingResult) { doSomething; } } 在上图中，如果Item实体的props属性不额外加注释，只有@NotNull和@Size，无论入参采用@Validated还是@Valid验证，Spring Validation框架只会对Item的id和props做非空和数量验证，不会对props字段里的Prop实体进行字段验证，也就是@Validated和@Valid加在方法参数前，都不会自动对参数进行嵌套验证。也就是说如果传的List中有Prop的pid为空或者是负数，入参验证不会检测出来。 为了能够进行嵌套验证，必须手动在Item实体的props字段上明确指出这个字段里面的实体也要进行验证。由于@Validated不能用在成员属性（字段）上，但是@Valid能加在成员属性（字段）上，而且@Valid类注解上也说明了它支持嵌套验证功能，那么我们能够推断出：@Valid加在方法参数时并不能够自动进行嵌套验证，而是用在需要嵌套验证类的相应字段上，来配合方法参数上@Validated或@Valid来进行嵌套验证。 我们修改Item类如下所示： public class Item { @NotNull(message = "id不能为空") @Min(value = 1, message = "id必须为正整数") private Long id; @Valid // 嵌套验证必须用@Valid @NotNull(message = "props不能为空") @Size(min = 1, message = "props至少要有一个自定义属性") private List<Prop> props; } 然后我们在ItemController的addItem函数上再使用@Validated或者@Valid，就能对Item的入参进行嵌套验证。此时Item里面的props如果含有Prop的相应字段为空的情况，Spring Validation框架就会检测出来，bindingResult就会记录相应的错误。 总结一下@Validated和@Valid在嵌套验证功能上的区别：
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windows下进程间通信的（13种方法）-摘 要 本文讨论了进程间通信与应用程序间通信的含义及相应的实现技术，并对这些技术的原理、特性等进行了深入的分析和比较。 ---- 关键词 信号 管道 消息队列 共享存储段 信号灯 远程过程调用 Socket套接字 MQSeries 1 引言 ---- 进程间通信的主要目的是实现同一计算机系统内部的相互协作的进程之间的数据共享与信息交换，由于这些进程处于同一软件和硬件环境下，利用操作系统提供的的编程接口，用户可以方便地在程序中实现这种通信；应用程序间通信的主要目的是实现不同计算机系统中的相互协作的应用程序之间的数据共享与信息交换，由于应用程序分别运行在不同计算机系统中，它们之间要通过网络之间的协议才能实现数据共享与信息交换。进程间通信和应用程序间通信及相应的实现技术有许多相同之处，也各有自己的特色。即使是同一类型的通信也有多种的实现方法，以适应不同情况的需要。 ---- 为了充分认识和掌握这两种通信及相应的实现技术，本文将就以下几个方面对这两种通信进行深入的讨论：问题的由来、解决问题的策略和方法、每种方法的工作原理和实现、每种实现方法的特点和适用的范围等。 2 进程间的通信及其实现技术 ---- 用户提交给计算机的任务最终都是通过一个个的进程来完成的。在一组并发进程中的任何两个进程之间，如果都不存在公共变量，则称该组进程为不相交的。在不相交的进程组中，每个进程都独立于其它进程，它的运行环境与顺序程序一样，而且它的运行环境也不为别的进程所改变。运行的结果是确定的，不会发生与时间相关的错误。 ---- 但是，在实际中，并发进程的各个进程之间并不是完全互相独立的，它们之间往往存在着相互制约的关系。进程之间的相互制约关系表现为两种方式： ---- （1） 间接相互制约：共享CPU ---- （2） 直接相互制约：竞争和协作 ---- 竞争——进程对共享资源的竞争。为保证进程互斥地访问共享资源，各进程必须互斥地进入各自的临界段。 ---- 协作——进程之间交换数据。为完成一个共同任务而同时运行的一组进程称为同组进程，它们之间必须交换数据，以达到协作完成任务的目的，交换数据可以通知对方可以做某事或者委托对方做某事。 ---- 共享CPU问题由操作系统的进程调度来实现，进程间的竞争和协作由进程间的通信来完成。进程间的通信一般由操作系统提供编程接口，由程序员在程序中实现。UNIX在这个方面可以说最具特色，它提供了一整套进程间的数据共享与信息交换的处理方法——进程通信机制（IPC）。因此，我们就以UNIX为例来分析进程间通信的各种实现技术。 ---- 在UNIX中，文件（File）、信号（Signal）、无名管道（Unnamed Pipes）、有名管道（FIFOs）是传统IPC功能；新的IPC功能包括消息队列（Message queues）、共享存储段（Shared memory segment）和信号灯（Semapores）。 ---- （1） 信号 ---- 信号机制是UNIX为进程中断处理而设置的。它只是一组预定义的值，因此不能用于信息交换，仅用于进程中断控制。例如在发生浮点错、非法内存访问、执行无效指令、某些按键（如ctrl-c、del等）等都会产生一个信号，操作系统就会调用有关的系统调用或用户定义的处理过程来处理。 ---- 信号处理的系统调用是signal，调用形式是： ---- signal(signalno,action) ---- 其中，signalno是规定信号编号的值，action指明当特定的信号发生时所执行的动作。 ---- （2） 无名管道和有名管道 ---- 无名管道实际上是内存中的一个临时存储区，它由系统安全控制，并且独立于创建它的进程的内存区。管道对数据采用先进先出方式管理，并严格按顺序操作，例如不能对管道进行搜索，管道中的信息只能读一次。 ---- 无名管道只能用于两个相互协作的进程之间的通信，并且访问无名管道的进程必须有共同的祖先。 ---- 系统提供了许多标准管道库函数，如： pipe——打开一个可以读写的管道； close——关闭相应的管道； read——从管道中读取字符； write——向管道中写入字符； ---- 有名管道的操作和无名管道类似，不同的地方在于使用有名管道的进程不需要具有共同的祖先，其它进程，只要知道该管道的名字，就可以访问它。管道非常适合进程之间快速交换信息。 ---- （3） 消息队列（MQ） ---- 消息队列是内存中独立于生成它的进程的一段存储区，一旦创建消息队列，任何进程，只要具有正确的的访问权限，都可以访问消息队列，消息队列非常适合于在进程间交换短信息。 ---- 消息队列的每条消息由类型编号来分类，这样接收进程可以选择读取特定的消息类型——这一点与管道不同。消息队列在创建后将一直存在，直到使用msgctl系统调用或iqcrm -q命令删除它为止。 ---- 系统提供了许多有关创建、使用和管理消息队列的系统调用，如： ---- int msgget(key,flag)——创建一个具有flag权限的MQ及其相应的结构，并返回一个唯一的正整数msqid（MQ的标识符）； ---- int msgsnd(msqid,msgp,msgsz,msgtyp,flag)——向队列中发送信息； ---- int msgrcv(msqid,cmd,buf)——从队列中接收信息； ---- int msgctl(msqid,cmd,buf)——对MQ的控制操作； ---- （4） 共享存储段（SM） ---- 共享存储段是主存的一部分，它由一个或多个独立的进程共享。各进程的数据段与共享存储段相关联，对每个进程来说，共享存储段有不同的虚拟地址。系统提供的有关SM的系统调用有： ---- int shmget(key,size,flag)——创建大小为size的SM段，其相应的数据结构名为key，并返回共享内存区的标识符shmid； ---- char shmat(shmid,address,flag)——将当前进程数据段的地址赋给shmget所返回的名为shmid的SM段； ---- int shmdr(address)——从进程地址空间删除SM段； ---- int shmctl (shmid,cmd,buf)——对SM的控制操作； ---- SM的大小只受主存限制，SM段的访问及进程间的信息交换可以通过同步读写来完成。同步通常由信号灯来实现。SM非常适合进程之间大量数据的共享。 ---- （5） 信号灯 ---- 在UNIX中，信号灯是一组进程共享的数据结构，当几个进程竞争同一资源时（文件、共享内存或消息队列等），它们的操作便由信号灯来同步，以防止互相干扰。 ---- 信号灯保证了某一时刻只有一个进程访问某一临界资源，所有请求该资源的其它进程都将被挂起，一旦该资源得到释放，系统才允许其它进程访问该资源。信号灯通常配对使用，以便实现资源的加锁和解锁。 ---- 进程间通信的实现技术的特点是：操作系统提供实现机制和编程接口，由用户在程序中实现，保证进程间可以进行快速的信息交换和大量数据的共享。但是，上述方式主要适合在同一台计算机系统内部的进程之间的通信。 3 应用程序间的通信及其实现技术 ---- 同进程之间的相互制约一样，不同的应用程序之间也存在竞争和协作的关系。UNIX操作系统也提供一些可用于应用程序之间实现数据共享与信息交换的编程接口，程序员可以通过自己编程来实现。如远程过程调用和基于TCP/IP协议的套接字（Socket）编程。但是，相对普通程序员来说，它们涉及的技术比较深，编程也比较复杂，实现起来困难较大。 ---- 于是，一种新的技术应运而生——通过将有关通信的细节完全掩盖在某个独立软件内部，即底层的通讯工作和相应的维护管理工作由该软件内部来实现，用户只需要将通信任务提交给该软件去完成，而不必理会它的具体工作过程——这就是所谓的中间件技术。 ---- 我们在这里分别讨论这三种常用的应用程序间通信的实现技术——远程过程调用、会话编程技术和MQSeries消息队列技术。其中远程过程调用和会话编程属于比较低级的方式，程序员参与的程度较深，而MQSeries消息队列则属于比较高级的方式，即中间件方式，程序员参与的程度较浅。 ---- 4．1 远程过程调用（RPC）
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