Malloc兩種內(nèi)存獲取方式的區(qū)別

作者：Ox9A82 2016-11-07 09:02:02

既然你正在看這篇文章，那么你就應(yīng)該知道m(xù)alloc函數(shù)是通過(guò)syscall調(diào)用從操作系統(tǒng)獲取內(nèi)存的。如下圖所示，malloc是通過(guò)調(diào)用brk或mmap這兩種syscall之一來(lái)獲取內(nèi)存的。

1.brk方式

brk：brk是通過(guò)增設(shè)程序斷點(diǎn)來(lái)從內(nèi)核獲取內(nèi)存(非清零)的。最初堆段的起點(diǎn)(start_brk)和堆段終點(diǎn)(brk)是指向相同的位置的。當(dāng)ASLR關(guān)閉時(shí)，start_brk和brk將指向data/bss段(end_data)的末尾。當(dāng)ASLR打開(kāi)時(shí)，start_brk和brk的值將等于data/bss段(end_data)的結(jié)尾加上一個(gè)隨機(jī)的brk偏移。

正如上面的“進(jìn)程虛擬內(nèi)存布局”圖展示的，start_brk是堆段的開(kāi)始，brk(程序中斷)是堆段的結(jié)尾。

例程如下：

/* sbrk and brk example */ 
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <sys/types.h> 
 
int main() 
{ 
        void *curr_brk, *tmp_brk = NULL; 
 
        printf("Welcome to sbrk example:%d\n", getpid()); 
 
        /* sbrk(0)返回此進(jìn)程的斷點(diǎn)位置*/ 
        tmp_brk = curr_brk = sbrk(0); 
        printf("Program Break Location1:%p\n", curr_brk); 
        getchar(); 
 
        /* brk（addr）遞增/遞減程序的斷點(diǎn)位置*/ 
        brk(curr_brk+4096); 
 
        curr_brk = sbrk(0); 
        printf("Program break Location2:%p\n", curr_brk); 
        getchar(); 
 
        brk(tmp_brk); 
 
        curr_brk = sbrk(0); 
        printf("Program Break Location3:%p\n", curr_brk); 
        getchar(); 
 
        return 0; 
}

輸出分析：在增設(shè)程序中斷之前，通過(guò)下面的輸出，我們可以看到并沒(méi)有堆段。

因此：• start_brk = brk = end_data = 0x804b000

sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ ./sbrk  
Welcome to sbrk example:6141 
Program Break Location1:0x804b000 
... 
sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6141/maps 
... 
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539624     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/sbrk 
b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
... 
sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$

在增設(shè)了程序斷點(diǎn)后：在下面的輸出我們可以觀察到有堆段。

因此：• start_brk = end_data = 0x804b000• brk = 0x804c000

sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ ./sbrk  
Welcome to sbrk example:6141 
Program Break Location1:0x804b000 
Program Break Location2:0x804c000 
... 
sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6141/maps 
... 
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539624     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/sbrk 
0804b000-0804c000 rw-p 00000000 00:00 0          [heap] 
b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
... 
sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$

其中0804b000-0804c000是此堆段的虛擬地址范圍

rw-p是Flags(可讀，可寫，不可執(zhí)行，私有)

00000000是文件偏移 – 由于不存在文件映射，所以這里為零

00:00是主要/次要設(shè)備號(hào) – 由于不存在文件映射，所以這里為零

0是Inode編號(hào) – 由于不存在文件映射，所以這里為零

[heap]表示是堆段

2.mmap方式

mmap：malloc使用mmap去創(chuàng)建一個(gè)私有的匿名映射段。映射這個(gè)私有匿名段的主要目的是為了分配新的內(nèi)存(已清零)，并且這個(gè)新的內(nèi)存將被調(diào)用進(jìn)程獨(dú)占使用。

例程：

/* Private anonymous mapping example using mmap syscall */ 
#include <stdio.h> 
#include <sys/mman.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h> 
 
void static inline errExit(const char* msg) 
{ 
        printf("%s failed. Exiting the process\n", msg); 
        exit(-1); 
} 
 
int main() 
{ 
        int ret = -1; 
        printf("Welcome to private anonymous mapping example::PID:%d\n", getpid()); 
        printf("Before mmap\n"); 
        getchar(); 
        char* addr = NULL; 
        addr = mmap(NULL, (size_t)132*1024, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0); 
        if (addr == MAP_FAILED) 
                errExit("mmap"); 
        printf("After mmap\n"); 
        getchar(); 
 
        /* Unmap mapped region. */ 
        ret = munmap(addr, (size_t)132*1024); 
        if(ret == -1) 
                errExit("munmap"); 
        printf("After munmap\n"); 
        getchar(); 
        return 0; 
}

輸出分析：

mmap調(diào)用前：在下面的輸出中，我們只能看到屬于共享庫(kù)libc.so和ld-linux.so的內(nèi)存映射段

sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6067/maps 
08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
... 
sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$

mmap調(diào)用后：在下面的輸出中，我們可以看到我們的內(nèi)存映射段(b7e00000 – b7e21000，大小為132KB)與已映射的內(nèi)存映射段(b7e21000 – b7e22000)拼接在一起了。

sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6067/maps 
08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
b7e00000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
... 
sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$

其中b7e00000-b7e22000是此段的虛擬地址范圍

rw-p是Flags(可讀，可寫，不可執(zhí)行，私有)

00000000是文件偏移 – 由于不存在文件映射，所以這里為零

00:00是主要/次要設(shè)備號(hào) – 由于不存在文件映射，所以這里為零

0是Inode編號(hào) – 由于不存在文件映射，所以這里為零

munmap調(diào)用后：在下面的輸出中，我們可以看到我們的內(nèi)存映射段是未映射的，就是說(shuō)其相應(yīng)的內(nèi)存已經(jīng)釋放到操作系統(tǒng)了。

sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6067/maps 
08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
... 
sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$

注意：在我們的示例程序中ASLR是關(guān)閉的。

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