嵌入式開發(fā)調試利器 | Sanitizer檢測器

大家好，我是雜燴君。本次我們來分享一個開發(fā)調試利器——Sanitizer。

Sanitizer簡介

Sanitizer是由Google發(fā)起的開源工具集，用于檢測內(nèi)存泄露等問題。

鏈接：https://github.com/google/sanitizers/wiki/

它包括了AddressSanitizer、MemorySanitizer、ThreadSanitizer、LeakSanitizer等多種工具。這些工具最初是LLVM項目的一部分，后來也被GNU的GCC編譯器支持。從GCC的4.8版本開始，就已經(jīng)支持AddressSanitizer和ThreadSanitizer，而4.9版本則開始支持LeakSanitizer。

Sanitizer使用

1、AddressSanitizer的使用例子

AddressSanitizer(ASan) 是一個快速內(nèi)存檢測器，可以檢測出緩沖區(qū)溢出、使用已釋放內(nèi)存等問題。編譯時帶上參數(shù) -fsanitize=address及-g。

（1）捕捉棧緩沖區(qū)溢出問題：

AddressSanitizer.c：

//?微信公眾號：嵌入式大雜燴
#include?<stdlib.h>

void?test_func(void)
{
????int?a[6]?=?{0};
????int?b?=?a[6];????//?棧緩沖區(qū)溢出
}?????????????????????

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
?test_func();

?return?0;
}

編譯、運行：

gcc?AddressSanitizer.c?-fsanitize=address?-g?-o?AddressSanitizer

執(zhí)行結果分析：

觸發(fā)了檢測錯誤級別，終止程序并給出了程序運行異常的原因及異常的代碼位置。

（2）捕捉使用已釋放內(nèi)存問題：

ThreadSanitizer.c：

//?微信公眾號：嵌入式大雜燴
#include?<stdlib.h>

void?test_func(void)
{
????char?*p?=?malloc(10);
????p[0]?=?1;
????free(p);
????p[0]?=?1;??//?使用已釋放內(nèi)存
}?????????????????????

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
?test_func();

?return?0;
}

2、ThreadSanitizer的使用例子

ThreadSanitizer(TSan) 是一個數(shù)據(jù)競爭檢測器，可以用來分析線程競態(tài)、死鎖等線程相關問題。編譯時帶上參數(shù) -fsanitize=thread及-g。

捕捉 線程間數(shù)據(jù)競爭 問題：

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#include?<stdio.h>
#include?<pthread.h>

int?g_counter?=?0;??//?thread1、thread2競爭的數(shù)據(jù)

void?*increment(void?*arg)
{
????g_counter++;
}

void?*decrement(void?*arg)
{
????g_counter--;
}

void?test_func(void)
{
????pthread_t?thread1,?thread2;

????pthread_create(&thread1,?NULL,?increment,?NULL);
????pthread_create(&thread2,?NULL,?decrement,?NULL);

????pthread_join(thread1,?NULL);
????pthread_join(thread2,?NULL);

????printf("Counter?value:?%dn",?g_counter);
}

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????test_func();

????return?0;
}

編譯、運行：

gcc?ThreadSanitizer.c?-fsanitize=thread?-g?-pthread?-o?ThreadSanitizer

執(zhí)行結果分析：

觸發(fā)了檢測警告級別，程序仍能運行，并給出了程序運行有風險的原因及有風險的代碼位置。

3、程序中同時存在多處風險？

上面的例子分別使用AddressSanitizer檢測器與ThreadSanitizer檢測器來檢測對應的異常，可以較為精準地檢測到對應的異常。

如果程序中同時存在多處風險呢？

這也是比較貼近我們的實際應用的，畢竟我們并不知道我們的代碼里有哪些可能存在的風險。這種情況我們要怎么檢測？

編譯時能同時帶上多個-fsanitize參數(shù)調用多個檢測器嗎？

可以同時帶，但有些檢測器不能同時使用。

AddressSanitizer與ThreadSanitizer檢測器不能同時使用。

但是，假如我們的程序中恰好存在address異常與thread異常呢，單獨使用AddressSanitizer檢測器、ThreadSanitizer檢測器的表現(xiàn)是怎樣的？

比如，我們把上面3個例子的代碼放在一起：

test.c：

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

int?g_counter?=?0;??//?thread1、thread2競爭的數(shù)據(jù)

void?*increment(void?*arg)
{
????g_counter++;
}

void?*decrement(void?*arg)
{
????g_counter--;
}

//?測試：資源競爭
void?test_func(void)
{
????pthread_t?thread1,?thread2;

????pthread_create(&thread1,?NULL,?increment,?NULL);
????pthread_create(&thread2,?NULL,?decrement,?NULL);

????pthread_join(thread1,?NULL);
????pthread_join(thread2,?NULL);

????printf("Counter?value:?%dn",?g_counter);
}

//?測試：使用已釋放內(nèi)存
void?test_func1(void)
{
????char?*p?=?malloc(10);

????printf("This?is?test_func1n");

????p[0]?=?1;
????free(p);
????p[0]?=?1;??//?使用已釋放內(nèi)存
}?????

//?測試：棧緩沖區(qū)溢出
void?test_func2(void)
{
????int?a[6]?=?{0};
????int?b?=?a[6];????//?棧緩沖區(qū)溢出
}?????

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????test_func();
????test_func1();
?test_func2();

????return?0;
}

帶-fsanitize=thread參數(shù)編譯、運行：

執(zhí)行結果分析：

ThreadSanitizer檢測器能正常檢測出資源競爭的問題，也檢測出了test_func1中的使用已釋放的堆內(nèi)存的問題并以警告級別報告，但沒有檢測出test_func2的棧緩沖區(qū)溢出問題。

是不是因為test_func2運行在test_func1后面了，所以test_func2的異常沒有被ThreadSanitizer檢測器檢測出來？

我們調換個位置看看：

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????test_func();
?test_func2();
????test_func1();

????return?0;
}

顯然，執(zhí)行結果還是一樣的，test_func2的棧緩沖區(qū)溢出問題還是沒有被ThreadSanitizer檢測器檢測出來。

所以，大致得出結論：當程序里存在thread異常與address異常時，使用ThreadSanitizer檢測器能準確檢測到thread異常，能檢測到部分address異常。

帶-fsanitize=address參數(shù)編譯、運行：

執(zhí)行順序：

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????test_func();
????test_func1();
????test_func2();

????return?0;
}

執(zhí)行結果分析：

AddressSanitizer檢測器檢測到了test_func1中的已使用釋放的堆內(nèi)存的異常并以錯誤級別報告，并終止了程序；沒有檢測到test_func的資源競爭的風險；也沒有檢測到test_func2的棧緩沖區(qū)溢出的問題，因為執(zhí)行到test_func1的時候程序已經(jīng)被終止了，如果把test_func2放在test_func1之前運行，就能檢測到test_func2的異常。

結論：當程序里存在thread異常與address異常時，使用AddressSanitizer檢測器能準確檢測到第一個觸發(fā)的address異常，不能檢測到thread異常。

如果程序中存在多種可能存在的風險時，需要使用多個檢測器單獨挨個檢測。每個檢測器都有其擅長檢測的方面，可以經(jīng)過初步分析之后確定大致地方向，選擇適合地檢測器來做檢測。

以上就是關于Sanitizer的一些簡單介紹及使用的分享，更多的關于Sanitizer的資料可查閱：https://github.com/google/sanitizers/wiki/

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