
OpenHarmony设备开发 轻量系统内核(LiteOS-M)内核调测(下)
LMS调测
基本概念
LMS(Lite Memory Sanitizer)是一种实时检测内存操作合法性的调测工具。LMS能够实时检测缓冲区溢出(buffer overflow),释放后使用(use after free) 和重复释放(double free), 在异常发生的第一时间通知操作系统,结合backtrace等定位手段,能准确定位到产生内存问题的代码行,极大提升内存问题定位效率。
OpenHarmony LiteOS-M内核的LMS模块提供下面几种功能:
- 支持多内存池检测。
- 支持LOS_MemAlloc、LOS_MemAllocAlign、LOS_MemRealloc申请出的内存检测。
- 支持安全函数的访问检测(默认开启)。
- 支持libc 高频函数的访问检测,包括:memset、memcpy、memmove、strcat、strcpy、strncat、strncpy。
运行机制
LMS使用影子内存映射标记系统内存的状态,一共可标记为三个状态:可读写,不可读写,已释放。影子内存存放在内存池的尾部。
- 内存从堆上申请后,会将数据区的影子内存设置为“可读写”状态,并将头结点区的影子内存设置为“不可读写”状态。
- 内存在堆上被释放时,会将被释放内存的影子内存设置为“已释放”状态。
- 编译代码时,会在代码中的读写指令前插入检测函数,对地址的合法性进行检验。主要是检测访问内存的影子内存的状态值,若检测到影子内存为不可读写,则会报溢出错误;若检测到影子内存为已释放,则会报释放后使用错误。
- 在内存释放时,会检测被释放地址的影子内存状态值,若检测到影子内存非可读写,则会报重复释放错误。
接口说明
OpenHarmony LiteOS-M内核的LMS模块提供下面几种功能,接口详细信息可以查看API参考。
表1 LMS模块接口说明
功能分类 | 接口名 | 描述 |
添加指定内存池被检测 | LOS_LmsCheckPoolAdd | 将指定内存池的地址范围添加到LMS的内存检测链表上,当访问的地址在链表范围内时,LMS才进行合法性校验;且LOS_MemInit接口会调用该接口,默认将初始化的内存池挂入到检测链表中。 |
删除指定内存池不被检测 | LOS_LmsCheckPoolDel | 不检测指定内存池地址范围内的合法性校验。 |
使能指定内存段锁保护 | LOS_LmsAddrProtect | 为某段内存地址上锁,设置为不可读写,一旦访问则报错。 |
去能指定内存段锁保护 | LOS_LmsAddrDisableProtect | 为某段内存地址解锁,设置为可读写。 |
开发指导
开发流程
开启LMS调测的典型流程如下:
- 配置LMS模块相关宏。 配置LMS控制宏LOSCFG_KERNEL_LMS,默认关,在kernel/liteos_m目录下执行 make menuconfig命令配置"Kernel->Enable Lite Memory Sanitizer"中打开YES(如果没有这个选项,需要先勾选Enable Backtrace):
宏 | menuconfig选项 | 含义 | 取值 |
LOSCFG_KERNEL_LMS | Enable Lms Feature | Lms模块的裁剪开关 | YES/NO |
LOSCFG_LMS_MAX_RECORD_POOL_NUM | Lms check pool max num | LMS支持的检测内存池最大个数 | INT |
LOSCFG_LMS_LOAD_CHECK | Enable lms read check | LMS内存读检测的裁剪开关 | YES/NO |
LOSCFG_LMS_STORE_CHECK | Enable lms write check | LMS内存写检测的裁剪开关 | YES/NO |
LOSCFG_LMS_CHECK_STRICT | Enable lms strict check, byte-by-byte | LMS内存逐字节严格检测的裁剪开关 | YES/NO |
2.在被检测模块的编译脚本中,修改编译选项。 增加LMS检测编译选项-fsanitize=kernel-address。为避免编译器优化,增加-O0编译选项。
gcc与clang编译选项存在差异,参照如下示例:
3.重新编译,查看串口输出。如果检测到内存问题,会输出检测结果。
编程实例
本实例实现如下功能:
- 创建一个用于Lms测试的任务。
- 构造内存溢出错误和释放后使用错误。
- 添加-fsanitize=kernel-address后编译执行,观察输出结果
示例代码
实例代码如下:
本演示代码在 ./kernel/liteos_m/testsuites/src/osTest.c 中编译验证,在TestTaskEntry中调用验证入口函数Example_Lms_test。
请按上文避免编译器优化一节内容,修改osTest.c对应的 ./kernel/liteos_m/testsuites/BUILD.gn。
结果验证
输出结果示例如下 (根据实际运行环境,数据会有差异):
输出的关键信息包括:
- 错误类型:
- Heap buffer overflow堆内存越界
- Use after free 释放后使用
- 错误操作:
- Illegal Read非法读
- Illegal Write非法写
- Illegal Double free重复释放
- 上下文:
- 当前任务信息(taskName, taskId)
- 回溯栈(backtrace)
- 出错地址的内存信息:
- 内存的值、及对应影子内存的值
- 内存地址:内存值| [影子内存地址 | 影子内存字节内偏移]:影子内存值
- 影子内存值:0(可读可写)、3(已释放)、2(红区)、1(填充值)
SHELL
OpenHarmony内核提供的Shell支持调试常用的基本功能,包含系统、文件、网络相关命令。同时OpenHarmony内核的Shell支持添加新的命令,可以根据需求来进行定制。
Shell功能仅供调试使用,暂不支持tab按键补全,按键回退等功能。
部分命令需要通过make menuconfig开启对应选项才可使用。
常用命令介绍
cat
用于显示文本文件的内容。需开启LOSCFG_FS_VFS。
命令格式
cat [FILE]
参数说明
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
FILE | 文件路径。 | 已存在的文件。 |
cd
用来改变当前目录。需开启LOSCFG_FS_VFS。
命令格式
cd [path]
参数说明
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
path | 文件路径。 | 已存在的路径。 |
cp
拷贝文件,创建一份副本。需开启LOSCFG_FS_VFS。
命令格式
cp [SOURCEFILE] [DESTFILE]
参数说明
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
SOURCEFILE | 源文件路径。文件路径。 | 目前只支持文件,不支持目录;文件不可为空。 |
DESTFILE | 目的文件路径。 | 支持目录以及文件名;目录需有效。 |
date
用于查询系统日期和时间。
命令格式
date
参数说明
无
free
显示系统内存的使用情况。
命令格式
free [ -k | -m ]
参数说明
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
-k | 以KiB为单位显示。 | N/A |
-m | 以MiB为单位显示。 | N/A |
help
显示当前操作系统内所有操作指令。
命令格式
help
参数说明
无
ifconfig
用来查询网卡的IP地址、网络掩码、网关、硬件mac地址等参数。需开启LWIP_SHELLCMD_ENABLE。
命令格式
ifconfig
参数说明
无
ls
用来显示当前目录的内容。需开启LOSCFG_FS_VFS。
命令格式
ls [DIRECTORY]
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
DIRECTORY | 文件路径。 | DIRECTORY为空时,显示当前目录的内容。 DIRECTORY为有效目录路径时,会显示对应目录下的内容。 当前LiteOS-M不支持根目录 “/”。 |
memusage
用来显示内存使用水线。
命令格式
memusage [-k/-m]
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
-k | 以KiB为单位显示。 | N/A |
-m | 以MiB为单位显示。 | N/A |
mkdir
用来创建一个目录。需开启LOSCFG_FS_VFS。
命令格式
mkdir [DIRECTORY]
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
DIRECTORY | 文件路径。 | DIRECTORY可以传入绝对路径和相对路径。 |
ping
用来测试网络连接是否正常。需开启LWIP_SHELLCMD_ENABLE。
命令格式
ping [ip]
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
ip | 要测试是否网络连通的IPv4地址。 | N/A |
pwd
用来显示当前路径。需开启LOSCFG_FS_VFS。
命令格式
pwd
rm
用来删除文件或文件夹。需开启LOSCFG_FS_VFS。
命令格式
rm [FILE] or rm [-r/-R] [FILE]
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
FILE | 文件名,可以是文件或者文件夹 。 | FILE可以传入绝对路径和相对路径。 |
-r/-R | FILE是文件夹时需要有-r /-R。 | N/A |
rmdir
用来删除文件夹。需开启LOSCFG_FS_VFS。
命令格式
rmdir [DIRECTORY]
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
DIRECTORY | 文件路径。 | DIRECTORY可以传入绝对路径和相对路径。 |
task
用来显示当前各任务状态。
命令格式
task
显示内容主要包括任务号,优先级,状态,栈信息,信号,事件,CPU占用率,任务名称等
touch
用来创建文件。需开启LOSCFG_FS_VFS。
命令格式
touch [FILE]
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
FILE | 文件名。 | FILE可以传入绝对路径和相对路径。 |
stack
用来查看指定任务的栈内容。需开启编译选项 LOSCFG_DEBUG_TOOLS,功能开启会影响性能。
命令格式
stack [ID]
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
ID | 任务ID。 | 任务ID对应的任务需存在。 |
hwi
用来查看中断的占用率。需开启编译选项 LOSCFG_DEBUG_TOOLS,功能开启会影响性能。
命令格式
hwi
st
用来查看调度信息。需开启编译选项 LOSCFG_DEBUG_TOOLS,功能开启会影响性能。
命令格式
st -s | st -e
参数 | 参数说明 | 取值范围 |
-s | 开始记录调度信息 | N/A |
-e | 停止记录并打印调度信息 | N/A |
文章转载自:https://docs.openharmony.cn/pages/v3.2Beta/zh-cn/device-dev/kernel/kernel-mini-memory-lms.md/
