确保越界内存写入会立即触发故障答案

【问题标题】：Ensuring out-of-bound memory writes trigger an immediate fault确保越界内存写入会立即触发故障
【发布时间】：2013-08-06 19:28:21
【问题描述】：

我很难跟踪一个与内存分配有关的非常典型的 C 错误。我的一个缓冲区太短了一个字节。结果，一个字节的写入量超出了上限。

在大多数情况下，它没有效果；但在某些特定情况下，它会导致未来的操作失败（通常是 malloc，或另一个函数中的隐藏 malloc）。

使此类错误难以跟踪的原因是它们不会发生在错误所在的位置，从而导致初始诊断错误。而且它在调试模式下也永远不会发生，这使得搜索变得更加困难。

这种错误在 C 中很常见，并且是该语言长期存在的弱点。

那么有什么可以帮助的呢？

好吧，如果“一个字节太多”写入触发立即故障，它确实会有所帮助，首先要检测问题出在哪里，还要检测到是否有问题！（在前面的示例中，错误通过了所有测试并进入了生产阶段；噩梦般的情况......）。

这样的设置是否存在（在 C 中）？我猜如果存在某种解决方案，它可能取决于平台。不过当然，如果有便携的，我就更感兴趣了。

[编辑] 感谢您提供非常好的答案。我看到没有灵丹妙药的解决方案，而是一套减轻问题的工具。我需要一些时间来研究您答案中提供的所有非常好的链接。

【问题讨论】：

标签： c memory-leaks malloc

【解决方案1】：

用法线触发立即故障可能很困难。不过有alternatives 可以解决这个问题。我最喜欢的是在valgrind下运行程序：任何有趣的事情都会被标记为非法读取或非法写入。

这是一个简单的错误程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    char *p = malloc(10);
    p[10] = 42;

    return 0;
}

这是我在 valgrind 下运行时得到的结果：

==11551== Invalid write of size 1
==11551==    at 0x40052A: main (main.c:7) # <------ compile with debugging symbols
==11551==  Address 0x51b904a is 0 bytes after a block of size 10 alloc'd
==11551==    at 0x4C28BED: malloc (vg_replace_malloc.c:263)
==11551==    by 0x40051D: main (main.c:6)
==11551==

任何侵入性较小的东西都可能具有较小的粒度（即它可能会错过一些非法访问）。我链接的 wiki 页面有很多适用于各种平台的替代方案。

【讨论】：

我读过很多关于 valgrind 的优秀 cmets。但我可以看到的问题之一是它似乎不支持 Windows。如果要调试的程序是 Windows 相关的怎么办？
@Cyan 那么你必须获得另一个（可能是商业的）程序。我认为 IBM Rational Purify 可以做到这一点。

【解决方案2】：

你可以使用 gcc 的-Wstack-protector。对于调试，您可以使用mudflap。

【讨论】：

好点，我不知道挡泥板。但我猜它不适用于 GCC for MinGW ？

【解决方案3】：

有一些工具可以在缓冲区之后写入“红色区域”区域。红色区域将包含一个特殊的关键字，可以定期检查（例如在空闲时间、使用时间等）以确定缓冲区的健全性。这只会告诉你是否有问题......而不是是谁做的。

另一种解决方案是在缓冲区之后立即对页面进行“页面保护”。例如，

vaddr = mmap(2 pages); // buffer of 1 page, red zone 1 page
mprotect(vaddr+1 page, READ_ONLY);

这将捕获对红色区域页面的任何写访问权限，并有助于当场抓住罪魁祸首。当然，afaik，mprotect() 需要一个映射地址，粒度为 1 页。

【讨论】：