内存调试工具Electric Fence

时间：2021-09-25 15:39:11

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注：官方地址下载不了，可能不再维护了，此是一个老项目

efence中相关环境变量控制：

302     /*

303      * See if the user wants to allow malloc(0).

304      */

305     if ( EF_ALLOW_MALLOC_0 == -1 ) {

306         if ( (string = getenv("EF_ALLOW_MALLOC_0")) != 0 )

307             EF_ALLOW_MALLOC_0 = (atoi(string) != 0);

308         else

309             EF_ALLOW_MALLOC_0 = 0;

310     }

gdb的局限性：

有的时候，gbd 给出的 crash 上下文其实并不是真正发生问题的第一现场，在多线程程序设计中，这种情景会让 bug 的追查陷入误区。

内存调试工具Electric Fence

使用 electric-fence 调试内存越界

Electric-fence 介绍

electric-fence 原理如下：

  • 重写malloc、free、realloc、calloc、valloc 函数，对于C++ 应使用 extern “C”； C 使用 extern 来导出符号；以确保应用程序使用  electric-fence 的malloc等函数
  • 系 统调用malloc会多分配一个page（注意是 虚存）  然后根据是否EF_PROTECT_BELOW 设置来决定返回新分配内存区的高地址（或低地址）给user；同时，调用 mprotect((caddr_t)address, size, PROT_NONE) 来设置多分配的page页为不可访问；这样一旦程序越界便会进入不可访问区间，因此coredump。同时，EF_ALIGNMENT 也会影响到该处。
  • electric-fence  内存管理的实现基本思路为：a. 每次向操作系统申请MEMORY_CREATION_SIZE（当前为1M）字节内存，使用mmap完成； b. 存在一片内存区 用于存放 所有 slot 信息， slot 用于管理被分配的内存信息,如返回给用户的地址以及其内部实际地址、size等； c. 分配时从当前slot 中查找是否有能满足分配需求的内存区，这里注意的是每次实际分配的内存区大小比用户请求的至少要大 一个page，大致公式为：  real_size = user_size + (alignment – (user_size  % alignment )) + page_size;   若存在则拆分内存区，修改相关slot信息 d. free  内存时不会将内存交给操作系统，而是设置free或者标志PROTECTED，PROTECTED意味着该片内存不会被再次分配，由 EF_PROTECT_FREE 控制。 若设置了EF_FREE_WIPES，还会用0xbd填充用户free的区域。

electric-fence 也有如下的缺点：

  1. 每一次分配都是利用一个 semaphore 同步，没有 thread local 的分配
  2. malloc 和 free 在 slot 都是线性查找，这也造成了整体性能的落后
  3. 内存消耗大，这个是显然的，特别对于频繁的小内存分配

2，3 点都是造成整个 lib 性能较低的原因。简单说，这还是一个比较简陋的工具，如果能借鉴 tcmalloc, jemalloc 等设计可能会更好一点。

注意：我在hi3520下使用时有如下错误：

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.

[Switching to Thread 0x40ce94c0 (LWP 779)]

memalign (alignment=4, userSize=56) at efence.c:498

498                      && slot->internalSize >= internalSize ) {

(gdb) bt

#0  memalign (alignment=4, userSize=56) at efence.c:498

#1  0x0074a2d4 in malloc (size=55) at efence.c:821

#2  0x4038cc60 in operator new(unsigned int) () from /lib/libstdc++.so.6

#3  0x40369e68 in std::string::_Rep::_S_create(unsigned int, unsigned int, std::allocator<char> const&) () from /lib/libstdc++.so.6

#4  0x4036a818 in std::string::_Rep::_M_clone(std::allocator<char> const&, unsigned int) () from /lib/libstdc++.so.6

#5  0x4036b39c in std::string::reserve(unsigned int) ()

   from /lib/libstdc++.so.6

#6  0x4036b5e8 in std::string::append(char const*, unsigned int) ()

   from /lib/libstdc++.so.6

#7  0x00135c24 in Thread::trace (this=0x403ebfd8, name=0x783070 "loop",

    file=0x783075 "util/trace/tracer.cpp", line=505, func=0x782fa0 "run",

    time=1478188527) at util/trace/tracer.cpp:88

#8  0x00135de0 in Tracer::trace (this=0x403b8fac, name=0x783070 "loop",

    file=0x783075 "util/trace/tracer.cpp", line=505, func=0x782fa0 "run",

    time=1478188527) at util/trace/tracer.cpp:725

#9  0x0013456c in traceOut (name=0x783070 "loop",

    file=0x783075 "util/trace/tracer.cpp", line=505, func=0x782fa0 "run")

    at util/trace/if_trace.cpp:110

#10 0x0013559c in Logger::run (arg=<optimized out>)

    at util/trace/tracer.cpp:505

#11 0x401e2f9c in start_thread () from /lib/libpthread.so.0

#12 0x40245b58 in clone () from /lib/libc.so.0

#13 0x40245b58 in clone () from /lib/libc.so.0

Backtrace stopped: previous frame identical to this frame (corrupt stack?)

(gdb) q

496     for ( slot = allocationList, count = slotCount ; count > 0; count-- ) {
497         if ( slot->mode == FREE
498          && slot->internalSize >= internalSize ) {
499             if ( !fullSlot
500              ||slot->internalSize < fullSlot->internalSize){
501                 fullSlot = slot;
502                 if ( slot->internalSize == internalSize                                                                                                                                                  
503                  && emptySlots[0] )
504                     break;  /* All done, */
505             }
506         }
507         else if ( slot->mode == NOT_IN_USE ) {
508             if ( !emptySlots[0] )
509                 emptySlots[0] = slot;
510             else if ( !emptySlots[1] )
511                 emptySlots[1] = slot;
512             else if ( fullSlot
513              && fullSlot->internalSize == internalSize )
514                 break;  /* All done. */
515         }
516         slot++;
517     }

extern C_LINKAGE void *
malloc(size_t size)
{
        void  *allocation;   
 
        if ( allocationList == 0 ) { 
                pthread_mutex_init(&mutex, NULL); 
                initialize();   /* This sets EF_ALIGNMENT */
        }       
        lock();
        allocation=memalign(EF_ALIGNMENT, size); 

        unlock();
                                                                                                                                                                                                             
▸   return allocation;
}

1、查看对应的错误点，发现相关变量都是正常的

2、frame 1到frame 0中的size莫名奇妙的发生了变化

3、基于这些原因，最终没有应用起来，不知道为什么？是否程序真的有越界行为导致

问题：

若出现segment fault错误，对应的pc指针是否为导致该错误的直接原因，还是这个pc指针是随机的？

答：pc仅能作为参考，segment fault应是通过signal机制实现的，具体需要进一步研究

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