В связи с тем, что выравнивание malloc() обычно можно игнорировать, а выравнивание может способствовать незаметному переполнению буфера, Electric Fence предоставляет возможность управление выравниванием через переменную окружения ЕF_ALIGNMENT. Если эта переменная установлена, все результаты malloc() выравниваются в соответствии с ее значением. Например, если переменная установлена в значение 5, все результаты malloc() будут рассматриваться как кратные 5 (тем не менее, это значение не особенно полезно). Для отключения выравнивания памяти перед запуском программы установите ЕF_ALIGNMENT в 1. В среде Linux некорректно выровненный доступ в любом случае исправляются в ядре, несмотря на то, что в результате скорость выполнения программы может существенно снизиться. Программа будет функционировать корректно, если только в ней не присутствуют небольшие переполнения буфера.
Ниже приведен пример поведения тестовой программы, скомпонованной с Electric Fence, после установки ЕF_ALIGNMENT в 1.
$ export EF_ALIGNMENT=1
$ gdb broken
...
(gdb) run
Starting program: /usr/src/lad/code/broken
Electric Fence 2.2.0 Copyright (C) 1987 - 1999 Bruce Perens.
Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x002a78c6 in strcpy() from /lib/tls/libc.so.6
(gdb) where
#0 0x002a78c6 in strcpy() from /lib/tls/libc.so.6
#1 0x08048522 in broken() at broken.c:15
#2 0x08048638 in main() at broken.с:47
На этот раз Electric Fence нашел переполнение буфера, которое произошло первым.
7.5.3. Другие средства
Electric Fence не только помогает обнаружить переполнение буфера, но и может найти недогрузку буфера (выполняя доступ к памяти, расположенной перед началом выделяемого malloc() буфера) и получает доступ к памяти, освобождаемой с помощью free(). Если переменная окружения EF_PROTECT_BELOW установлена в 1, Electric Fence перехватывает недогрузку буфера вместо его переполнения. Это происходит путем размещения недоступной области памяти непосредственно перед фактической областью памяти, возвращаемой функцией malloc(). При этом Electric Fence не сможет обнаружить переполнение буфера из-за страничной организации памяти, реализованной в большинстве процессоров. Выравнивание памяти может затруднить обнаружение переполнения буфера, однако оно не влияет на недогрузку буфера. Функция malloc() из Electric Fence всегда возвращает адрес памяти в начале страницы, которая всегда выровнена по границе слова.
Если EF_PROTECT_FREE установлена в 1, free() делает переданную ей область памяти недоступной, но не возвращает ее в пул свободной памяти. Если программа пытается получить доступ к этой памяти на любом этапе в будущем, ядро обнаружит несанкционированный доступ. Настройка EF_PROTECT_FREE помогает удостовериться, что код ни на одном этапе выполнения не использует память, освобожденную с помощью free().
7.5.4. Ограничения
Несмотря на то что Electric Fence выполняет неплохую работу по обнаружению переполнения буферов, выделенных malloc(), он не помогает отслеживать проблемы ни с глобальными, ни с локальными данными. Electric Fence также не обнаруживает утечки памяти, потому решать эту проблему придется другими средствами.
7.5.5. Потребление ресурсов
Хотя Electric Fence является мощным, легким в употреблении и быстрым инструментом (поскольку все проверки доступа осуществляются аппаратными средствами), за все это приходится платить свою цену. Большинство процессоров позволяют системе управлять доступом к памяти только в единицах, равных странице, за один раз. На процессорах Intel 80x86, например, каждая страница занимает 4096 байт. Вследствие того, что Electric Fence требует от malloc() установки двух разных областей памяти для каждого вызова (одна — позволяющая доступ, а другая — запрещающая), каждый вызов malloc() потребляет страницу памяти, или 4 Кбайт[12]! Если в тестируемом коде распределяется множество небольших участков памяти, его компоновка с Electric Fence может легко увеличить потребление памяти программы на два или три порядка. При этом использование EF_PROTECT_FREE еще более усугубляет положение, поскольку память никогда не освобождается.
Для систем с большими относительно размера отлаживаемой программы объемами памяти при поиске источника определенной проблемы Electric Fence может действовать быстрее, чем Valgrind. Тем не менее, если для функционирования Electric Fence требуется организовать пространство для свопинга размером в 1 Гбайт, то Valgrind, вполне вероятно, окажется намного быстрее, даже несмотря на то, что он использует эмулятор, а не собственно центральный процессор.
Глава 8
Создание и использование библиотек
Исполняемые файлы могут получать функции из библиотек одним из двух способов: функции можно скопировать из статической библиотеки непосредственно в образ исполняемого файла или на них могут иметься неявные ссылки в файле совместно используемой библиотеки, который читается во время запуска исполняемого файла. В этой будет показано, как использовать и создавать оба типа архивов.
8.1. Статические библиотеки
Статические библиотеки представляют собой простые коллекции объектных файлов, объединенных утилитой ar (архиватор), ar группирует объектные файлы в один архив и добавляет таблицу, в которой указано, какие объектные файлы в архиве какие символы определяют. Затем компоновщик, ld, связывает ссылки на символ в одном объектном файле с определением этого символа в объектном файле архива. Для статических библиотек используется суффикс .а.
В статическую библиотеку можно преобразовать группу объектных файлов с помощью такой команды:
ar res libname.a foo.o bar.о baz.o
Также в архив можно добавлять объектные файлы по одному.
ar res libname.a foo.o
ar res libname.a bar.о
ar res libname.a baz.o
В любом случае libname.a получится одинаковым. В команде использованы перечисленные ниже опции.
r |
Включает объектные файлы в библиотеку, заменяя любой уже существующий в архиве файл с таким же именем. |
с |
Молча создает библиотеку, если таковой еще не существует. |
s |
Поддерживает в таблице соответствие названий символов объектным файлам. |
При сборке статических библиотек необходимость в использовании других опций возникает не часто. Однако ar поддерживает другие опции и возможности, о которых подробно можно прочесть на man-странице команды.
8.2. Совместно используемые библиотеки
12
Во всяком случае это справедливо для систем Linux/Intel и Linux/SPARC. Размер страницы зависит от базовой аппаратной архитектуры и в некоторых системах может составлять 16 Кбайт и больше.