Malloc两种内存获取方式的区别

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既然你正在看这篇文章,那么你就应该知道malloc函数是通过syscall调用从操作系统获取内存的。 如下图所示,malloc是通过调用brk或mmap这两种syscall之一来获取内存的。

既然你正在看这篇文章,那么你就应该知道malloc函数是通过syscall调用从操作系统获取内存的。 如下图所示,malloc是通过调用brk或mmap这两种syscall之一来获取内存的。

1.brk方式

brk:brk是通过增设程序断点来从内核获取内存(非清零)的。最初堆段的起点(start_brk)和堆段终点(brk)是指向相同的位置的。当ASLR关闭时,start_brk和brk将指向data/bss段(end_data)的末尾。当ASLR打开时,start_brk和brk的值将等于data/bss段(end_data)的结尾加上一个随机的brk偏移。

正如上面的“进程虚拟内存布局”图展示的,start_brk是堆段的开始,brk(程序中断)是堆段的结尾。

例程如下:

  1. /* sbrk and brk example */ 
  2. #include <stdio.h> 
  3. #include <unistd.h> 
  4. #include <sys/types.h> 
  5.  
  6. int main() 
  7.         void *curr_brk, *tmp_brk = NULL
  8.  
  9.         printf("Welcome to sbrk example:%d\n", getpid()); 
  10.  
  11.         /* sbrk(0)返回此进程的断点位置*/ 
  12.         tmp_brk = curr_brk = sbrk(0); 
  13.         printf("Program Break Location1:%p\n", curr_brk); 
  14.         getchar(); 
  15.  
  16.         /* brk(addr)递增/递减程序的断点位置*/ 
  17.         brk(curr_brk+4096); 
  18.  
  19.         curr_brk = sbrk(0); 
  20.         printf("Program break Location2:%p\n", curr_brk); 
  21.         getchar(); 
  22.  
  23.         brk(tmp_brk); 
  24.  
  25.         curr_brk = sbrk(0); 
  26.         printf("Program Break Location3:%p\n", curr_brk); 
  27.         getchar(); 
  28.  
  29.         return 0; 

输出分析:在增设程序中断之前,通过下面的输出,我们可以看到并没有堆段。

因此:• start_brk = brk = end_data = 0x804b000

  1. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ ./sbrk  
  2. Welcome to sbrk example:6141 
  3. Program Break Location1:0x804b000 
  4. ... 
  5. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6141/maps 
  6. ... 
  7. 0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539624     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/sbrk 
  8. b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
  9. ... 
  10. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ 

在增设了程序断点后:在下面的输出我们可以观察到有堆段。

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

  1. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ ./sbrk  
  2. Welcome to sbrk example:6141 
  3. Program Break Location1:0x804b000 
  4. Program Break Location2:0x804c000 
  5. ... 
  6. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6141/maps 
  7. ... 
  8. 0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539624     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/sbrk 
  9. 0804b000-0804c000 rw-p 00000000 00:00 0          [heap] 
  10. b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
  11. ... 
  12. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ 

其中0804b000-0804c000是此堆段的虚拟地址范围

rw-p是Flags(可读,可写,不可执行,私有)

00000000是文件偏移 – 由于不存在文件映射,所以这里为零

00:00是主要/次要设备号 – 由于不存在文件映射,所以这里为零

0是Inode编号 – 由于不存在文件映射,所以这里为零

[heap]表示是堆段

2.mmap方式

mmap:malloc使用mmap去创建一个私有的匿名映射段。映射这个私有匿名段的主要目的是为了分配新的内存(已清零),并且这个新的内存将被调用进程独占使用。

例程:

  1. /* Private anonymous mapping example using mmap syscall */ 
  2. #include <stdio.h> 
  3. #include <sys/mman.h> 
  4. #include <sys/types.h> 
  5. #include <sys/stat.h> 
  6. #include <fcntl.h> 
  7. #include <unistd.h> 
  8. #include <stdlib.h> 
  9.  
  10. void static inline errExit(const char* msg) 
  11.         printf("%s failed. Exiting the process\n", msg); 
  12.         exit(-1); 
  13.  
  14. int main() 
  15.         int ret = -1; 
  16.         printf("Welcome to private anonymous mapping example::PID:%d\n", getpid()); 
  17.         printf("Before mmap\n"); 
  18.         getchar(); 
  19.         char* addr = NULL
  20.         addr = mmap(NULL, (size_t)132*1024, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0); 
  21.         if (addr == MAP_FAILED) 
  22.                 errExit("mmap"); 
  23.         printf("After mmap\n"); 
  24.         getchar(); 
  25.  
  26.         /* Unmap mapped region. */ 
  27.         ret = munmap(addr, (size_t)132*1024); 
  28.         if(ret == -1) 
  29.                 errExit("munmap"); 
  30.         printf("After munmap\n"); 
  31.         getchar(); 
  32.         return 0; 

输出分析:

mmap调用前:在下面的输出中,我们只能看到属于共享库libc.so和ld-linux.so的内存映射段

  1. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6067/maps 
  2. 08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
  3. 08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
  4. 0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
  5. b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
  6. ... 
  7. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ 

mmap调用后:在下面的输出中,我们可以看到我们的内存映射段(b7e00000 – b7e21000,大小为132KB)与已映射的内存映射段(b7e21000 – b7e22000)拼接在一起了。

  1. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6067/maps 
  2. 08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
  3. 08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
  4. 0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
  5. b7e00000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
  6. ... 
  7. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ 

其中b7e00000-b7e22000是此段的虚拟地址范围

rw-p是Flags(可读,可写,不可执行,私有)

00000000是文件偏移 – 由于不存在文件映射,所以这里为零

00:00是主要/次要设备号 – 由于不存在文件映射,所以这里为零

0是Inode编号 – 由于不存在文件映射,所以这里为零

munmap调用后:在下面的输出中,我们可以看到我们的内存映射段是未映射的,就是说其相应的内存已经释放到操作系统了。

  1. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6067/maps 
  2. 08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
  3. 08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
  4. 0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
  5. b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
  6. ... 
  7. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ 

注意:在我们的示例程序中ASLR是关闭的。

责任编辑:武晓燕 来源: FreeBuf
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