是否有基于线程的 mprotect？答案

【问题标题】：Is there a thread-based mprotect?是否有基于线程的 mprotect？
【发布时间】：2013-08-26 05:29:33
【问题描述】：

mprotect() 用于保护内存页面，例如，使页面只读。它为整个进程设置了这种保护，也就是说，如果一个页面是只读的，则没有线程可以写入该页面。有没有办法为不同的线程以不同的方式保护页面？例如，1个线程可以写入页面P，而我程序中的所有其他线程只能从P读取。

【问题讨论】：

操作系统内存安全处于进程级别。
mprotect 不能这样做。线程必须锁定他们想要持有的东西。您在线程中保护整个页面的动机是什么？你不能用锁（例如，当一个线程拥有写锁，而其他人都可以读）？
即使面对应用程序错误，我也想保护这些区域，这就是为什么锁是不够的。是的，我知道mprotect 不是正确的方法，所以我想知道是否有任何方法可以实现。

【解决方案1】：

对于较新的 Intel CPU，您可以使用内存保护密钥 [1] 为进程中每个线程的不同访问设置。在 Linux 上，运行 lscpu 并检查 pku 和 ospke 标志。

手册页 [2] 上的示例有点过时，因为不再需要手动调用相应的系统调用。相反，glibc 提供了以下 API 调用：

由于维护每个保护密钥的权限位的寄存器是线程本地的，因此每个线程可以有不同的保护设置。保护键设置只能进一步锁定通用设置，不影响指令获取。

【讨论】：

【解决方案2】：

如果您在“克隆”系统调用中使用 CLONE_VM 标志创建线程（这就是您通常所说的线程），那么 MMU 设置与父线程的设置相同。

这意味着两个线程都可以进行写访问。

如果你不使用 CLONE_VM 标志，那么两个线程根本就没有共享内存！

（pthread_create() 在内部设置 CLONE_VM 标志）。

你可以做你想做的事——但这会很困难：

使用共享内存函数（例如 shmget()）而不是标准函数（例如 malloc()）分配所有内存块。

如果创建了新线程，请直接使用“clone()”而不是“pthread_create()”，但未设置 CLONE_VM 标志。

共享内存在线程之间共享，由“正常”内存分配函数（例如 malloc()）创建的线程不在线程之间共享。 mmap() 映射内存也是如此。

当创建一个新线程时，这些内存块（由 malloc 或 mmap 创建）被复制，以便两个线程在同一地址拥有自己的内存块副本。如果一个线程写入此地址，则另一个线程将看不到更改。

分配更多的“共享”内存相当棘手。如果只应该在分配线程和尚未创建的子线程之间共享内存，这很容易。在已经运行的线程之间或在不同的已运行线程的（间接）子线程之间共享内存是很困难的。

线程没有共享堆栈内存，因此它们无法访问彼此的堆栈。

默认情况下不共享全局变量和“静态”变量 - 要使它们在线程之间“共享”，需要进行一些棘手的编程。

【讨论】：

这是一个有趣的想法。如何让线程对共享数据拥有不同的权限？每个线程是否可以使用不同的PROT_ 标志在共享内存上调用mprotect()？
这实际上不太可能。 CLONE_SIGHAND 需要 CLONE_VM，CLONE_THREAD (linux.die.net/man/2/clone) 需要 CLONE_SIGHAND。因此，为了不共享内存映射，新线程必须是它自己的进程。如果您愿意为线程使用进程，那么这可以正常工作，但您不需要为此使用 clone()。
是的 - 线程将是单独的进程。但是使用 fork() 系统调用将不起作用（因为那时不会共享内存）因此 clone() 将是唯一能够创建“类似线程”进程的系统调用。