使用 mprotect 的 PROT_READ 和 PROT_WRITE 的行为

Question

我一直在尝试使用mprotect 反对先阅读，然后再写作。

这是我的代码

#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
    int pagesize = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
    int *a;
    if (posix_memalign((void**)&a, pagesize, sizeof(int)) != 0)
        perror("memalign");

    *a = 42;
    if (mprotect(a, pagesize, PROT_WRITE) == -1) /* Resp. PROT_READ */
        perror("mprotect");

    printf("a = %d\n", *a);
    *a = 24;
    printf("a = %d\n", *a);
    free (a);
    return 0;
}

在 Linux 下是结果：

这是PROT_WRITE 的输出：

$ ./main 
a = 42
a = 24

对于PROT_READ

$ ./main 
a = 42
Segmentation fault

在 Mac OS X 10.7 下：

这是PROT_WRITE 的输出：

$ ./main 
a = 42
a = 24

对于PROT_READ

$ ./main 
[1] 2878 bus error ./main

到目前为止，我了解 OSX / Linux 的行为可能会有所不同，但我不明白为什么 PROT_WRITE 在使用 printf 读取值时不会使程序崩溃。

有人能解释一下这部分吗？

Answer 1

您正在观察两件事：

1. mprotect 并非设计用于堆页。 Linux 和 OS X 对堆的处理略有不同（请记住，OS X 使用 Mach VM）。 OS X 不喜欢它的堆页被篡改。

   如果您通过 mmap 分配页面，您可以在两个操作系统上获得相同的行为

   a = mmap(NULL, pagesize, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_ANON | MAP_PRIVATE, -1, 0);
   if (a == MAP_FAILED) 
       perror("mmap");
   

2. 这是您的 MMU（在我的情况下为 x86）的限制。 x86 中的 MMU 不支持可写但不可读取的页面。从而设置

   mprotect(a, pagesize, PROT_WRITE)
   

   什么都不做。而

   mprotect(a, pagesize, PROT_READ)
   

   删除了写入权限，您将按预期获得 SIGSEGV。

此外，虽然这似乎不是问题，但您应该使用 -O0 编译代码或将 a 设置为 volatile int * 以避免任何编译器优化。

Answer 2

大多数操作系统和/或 cpu 架构在可写时自动使某些内容可读，因此PROT_WRITE 通常也暗示PROT_READ。在不使其可读的情况下，根本不可能使某些东西可写。可以推测原因，要么不值得在 MMU 和缓存中增加额外的可读性位，要么就像在某些早期架构上一样，您实际上需要在写入之前将 MMU 读入缓存，所以使某些东西不可读会自动使其不可写。

另外，printf 可能会尝试从您使用mprotect 损坏的内存中进行分配。当您更改其保护时，您希望从 libc 分配一个完整页面，否则您将更改对您不完全拥有的页面的保护，并且 libc 不希望它受到保护。在您使用PROT_READ 进行的 MacOS 测试中，会发生这种情况。 printf 分配一些内部结构，尝试访问它们并在它们为只读时崩溃。