踩内存问题分析工具_踩内存工具

序

踩内存问题，大家都知道，是一个比较难分析的问题。

踩内存问题被发现，通常是程序崩溃的时候，能够生成coredump分析，知道是哪个内存被踩了，但通常是很难分析出是哪段代码出现了踩内存的问题。

本文会介绍几种分析踩内存问题的工具，有些工具是最近发现的，我还没有大量使用过，所以只是个简单的介绍，各位看官自行判断是否实用。

文章写的比较匆忙，内容可能会不太完整，请各位见谅。

gdb watch

发现踩内存问题后，我们可以通过gdb来起出现问题的应用程序，然后对出现问题的变量进行watch，每次这个变量被读取/修改时，程序都会暂停，我们就可以看一下是不是正常的修改。

这个网上资料比较多，就不详细介绍了。

这种方法的缺点： 每次修改都会停下来，如果这个变量经常被修改，那么基本是无法调试的。不知道能否通过gdb脚本来解决这个问题。
优点：很灵活，可以设置对很多变量的watch，当然设多了会占用比较多的cpu；暂停下来以后，可以看的信息很多

mprotect

mprotect可以修改内存的权限，可以将需要保护的内存设置为只读，然后每次访问这块内存，进程就会接收到一个异常信号(应该是SIGSEGV)，然后可以对这个信号注册回调函数，进行你需要的处理，例如打印调用栈。

当然正常的访问是不应该进行处理的，所以在正常的访问前，先执行mprotect将内存改为可读写，访问结束后，再改为只读。

mprotect还有一个问题，它只能对一整个page进行设置，并不能指定到一个字节，所以回调里面还得判断访问的是否你需要监视的内存，如果不是，还得进行比较复杂的处理：1. 将这个page设置为可读写，否则这个修改就无法完成了，会一直触发SIGSEGV信号。2. 修改完成之后，还得重新设置为只读，这时候的设置比较麻烦了，应该已经回归到正常运行状态了。有一种处理方法，可以先在触发异常的代码的下一行将代码修改为INT3指令（类似gdb断点的原理），那么就会触发中断，在中断中再进行设置，设置完再将INT3修改回原来的代码。

还是比较麻烦的，不是很推荐使用。

asan

asan本身自带踩内存的检测，只要编译时带上asan，就能够进行一些踩内存的检测了。

使用asan进行检测会有一些踩内存问题无法检测到，主要是踩的内存不在asan加的保护内存中，而是踩的正常内存，此时就检测不出来。

如果出现这种问题，还可以采用asan提供的ASAN_POISON_MEMORY_REGION宏，对指定的内存进行保护
参考：https://github.com/google/sanitizers/wiki/AddressSanitizerManualPoisoning

同样的，使用poison时，在正常的访问前，需要先解除保护，也就是unpoison，访问完成后，再进行poison。

这样就要求对所有会访问监视内存的代码前后进行修改，否则正常访问也会报错了。

perf(hardware breakpoint)

gdb的watch，在数量比较少的时候，应该也是使用的hardware breakpoint。perf提供了可以手动设置hardware breakpoint的方法，针对指定的内存设置hardware breakpoint之后，对这个内存的读写就会触发中断，然后由指定的处理函数进行处理，如果不指定，则是默认输出到trace。

这个正好试用了一下，记录一下使用示例：

使用perf，在内存0x5594191c6018上设置了hardware breakpoint，采集每次对该内存的访问情况：

root/$ sudo perf record -e mem:0x5594191c6018 -p $(pgrep bcc_test)
^C[ perf record: Woken up 55 times to write data ]
[ perf record: Captured and wrote 14.168 MB perf.data (450225 samples) ]
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perf script查看结果：

root/$ sudo perf script
        bcc_test 12823 5633590.352853:          1 mem:0x5594191c6018:      5594191c31c1 _plus0+0x18 (/home/xuhaitao/test/bcc/build/bcc_test)
        bcc_test 12823 5633590.352856:          1 mem:0x5594191c6018:      5594191c31cb _plus0+0x22 (/home/xuhaitao/test/bcc/build/bcc_test)
        bcc_test 12823 5633590.352858:          1 mem:0x5594191c6018:      5594191c31c1 _plus0+0x18 (/home/xuhaitao/test/bcc/build/bcc_test)
        bcc_test 12823 5633590.352859:          1 mem:0x5594191c6018:      5594191c31cb _plus0+0x22 (/home/xuhaitao/test/bcc/build/bcc_test)
        bcc_test 12823 5633590.352860:          1 mem:0x5594191c6018:      5594191c31c1 _plus0+0x18 (/home/xuhaitao/test/bcc/build/bcc_test)
        bcc_test 12823 5633590.352861:          1 mem:0x5594191c6018:      5594191c31cb _plus0+0x22 (/home/xuhaitao/test/bcc/build/bcc_test)
        ......
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这样就能看到对内存0x5594191c6018进行访问和修改的位置了(_plus0+0x18和_plus0+0x22，也就是_plus0函数中的某个位置)。
这个使用是很灵活的，可以打印调用栈，还可以搭配ebpf进行使用，进行一些统计分析、数据过滤。
bcc也有人做过针对hardware breakpoint的开发，但没有入库，见：https://github.com/iovisor/bcc/pull/2456 希望以后能有成熟的bcc工具吧。

这种方法也有一些缺点：1. 你需要知道内存地址，在进程中是容易获取到的，但通过终端命令的方法设置的话，获取内存地址可能会有一些困难。 2. 可以设置的hardware point数量有限，一般x86是支持4个

除了终端命令的方式，也可以在代码中设置hardware point，参考系统提供的api：register_wide_hw_breakpoint