OpenHarmony设备开发轻量系统内核（LiteOS-M）内核调测（下）

zh_ff

发布于 2023-3-24 16:27

浏览

0收藏

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：

if ("$ohos_build_compiler_specified" == "gcc") {
    cflags_c = [
    "-O0",
    "-fsanitize=kernel-address",
    ]
} else {
    cflags_c = [
    "-O0",
    "-fsanitize=kernel-address",
    "-mllvm",
    "-asan-instrumentation-with-call-threshold=0",
    "-mllvm",
    "-asan-stack=0",
    "-mllvm",
    "-asan-globals=0",
    ]
}

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。

#define PAGE_SIZE       (0x1000U)
#define INDEX_MAX       20
UINT32 g_lmsTestTaskId;
char g_testLmsPool[2 * PAGE_SIZE];
STATIC VOID testPoolInit(void)
{
    UINT32 ret = LOS_MemInit(g_testLmsPool, 2 * PAGE_SIZE);
    if (ret != 0) {
        PRINT_ERR("%s failed, ret = 0x%x\n", __FUNCTION__, ret);
        return;
    }
}
static VOID LmsTestOsmallocOverflow(VOID)
{
    PRINTK("\n######%s start ######\n", __FUNCTION__);
    UINT32 i;
    CHAR *str = (CHAR *)LOS_MemAlloc(g_testLmsPool, INDEX_MAX);
    PRINTK("str[%2d]=0x%2x ", INDEX_MAX, str[INDEX_MAX]); /* trigger heap overflow at str[INDEX_MAX] */
    PRINTK("\n######%s stop ######\n", __FUNCTION__);
}
static VOID LmsTestUseAfterFree(VOID)
{
    PRINTK("\n######%s start ######\n", __FUNCTION__);
    UINT32 i;
    CHAR *str = (CHAR *)LOS_MemAlloc(g_testLmsPool, INDEX_MAX);
    LOS_MemFree(g_testLmsPool, str);
    PRINTK("str[%2d]=0x%2x ", 0, str[0]); /* trigger use after free at str[0] */
    PRINTK("\n######%s stop ######\n", __FUNCTION__);
}
VOID LmsTestCaseTask(VOID)
{ 
    testPoolInit();
    LmsTestOsmallocOverflow();
    LmsTestUseAfterFree();
}
UINT32 Example_Lms_test(VOID){
    UINT32 ret;    
    TSK_INIT_PARAM_S lmsTestTask;    
    /* 创建用于lms测试的任务 */    
    memset(&lmsTestTask, 0, sizeof(TSK_INIT_PARAM_S));    
    lmsTestTask.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)LmsTestCaseTask;
    lmsTestTask.pcName       = "TestLmsTsk";    /* 测试任务名称 */    				     
    lmsTestTask.uwStackSize  = 0x800;    
    lmsTestTask.usTaskPrio   = 5;    
    lmsTestTask.uwResved   = LOS_TASK_STATUS_DETACHED;    
    ret = LOS_TaskCreate(&g_lmsTestTaskId, &lmsTestTask);    
    if(ret != LOS_OK){        
        PRINT_ERR("LmsTestTask create failed .\n");        
        return LOS_NOK;    
    } 
    return LOS_OK;
}

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)：

######LmsTestOsmallocOverflow start ######
[ERR][TestLmsTsk]*****  Kernel Address Sanitizer Error Detected Start *****
[ERR][TestLmsTsk]Heap buffer overflow error detected
[ERR][TestLmsTsk]Illegal READ address at: [0x21040414]
[ERR][TestLmsTsk]Shadow memory address: [0x21041e84 : 6]  Shadow memory value: [2]
psp, start = 21057d88, end = 21057e80
taskName = TestLmsTsk
taskID   = 5
----- traceback start -----
traceback 0 -- lr = 0x210099f4
traceback 1 -- lr = 0x2101da6e
traceback 2 -- lr = 0x2101db38
traceback 3 -- lr = 0x2101c494
----- traceback end -----

[LMS] Dump info around address [0x21040414]:

        [0x21040390]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7c |  4]:  1  1
        [0x21040398]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7d |  0]:  1  1
        [0x210403a0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7d |  4]:  1  1
        [0x210403a8]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7e |  0]:  1  1
        [0x210403b0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7e |  4]:  1  1
        [0x210403b8]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7f |  0]:  1  1
        [0x210403c0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7f |  4]:  1  1
        [0x210403c8]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e80 |  0]:  1  1
        [0x210403d0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e80 |  4]:  1  1
        [0x210403d8]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e81 |  0]:  1  1
        [0x210403e0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e81 |  4]:  1  1
        [0x210403e8]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e82 |  0]:  1  1
        [0x210403f0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e82 |  4]:  1  1
        [0x210403f8]:  40  1e  04  21  05  07  00  80 | [0x21041e83 |  0]:  2  2
        [0x21040400]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e83 |  4]:  0  0
        [0x21040408]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e84 |  0]:  0  0
        [0x21040410]:  00  00  00  00 [f8] 03  04  21 | [0x21041e84 |  4]:  0 [2]
        [0x21040418]:  00  8b  06  00  00  00  00  00 | [0x21041e85 |  0]:  2  3
        [0x21040420]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e85 |  4]:  3  3
        [0x21040428]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e86 |  0]:  3  3
        [0x21040430]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e86 |  4]:  3  3
        [0x21040438]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e87 |  0]:  3  3
        [0x21040440]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e87 |  4]:  3  3
        [0x21040448]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e88 |  0]:  3  3
        [0x21040450]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e88 |  4]:  3  3
        [0x21040458]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e89 |  0]:  3  3
        [0x21040460]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e89 |  4]:  3  3
        [0x21040468]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8a |  0]:  3  3
        [0x21040470]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8a |  4]:  3  3
        [0x21040478]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8b |  0]:  3  3
        [0x21040480]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8b |  4]:  3  3
        [0x21040488]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8c |  0]:  3  3
        [0x21040490]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8c |  4]:  3  3
[ERR][TestLmsTsk]*****  Kernel Address Sanitizer Error Detected End *****
str[20]=0xfffffff8
######LmsTestOsmallocOverflow stop ######

######LmsTestUseAfterFree start ######
[ERR][TestLmsTsk]*****  Kernel Address Sanitizer Error Detected Start *****
[ERR][TestLmsTsk]Use after free error detected
[ERR][TestLmsTsk]Illegal READ address at: [0x2104041c]
[ERR][TestLmsTsk]Shadow memory address: [0x21041e85 : 2]  Shadow memory value: [3]
psp, start = 21057d90, end = 21057e80
taskName = TestLmsTsk
taskID   = 5
----- traceback start -----
traceback 0 -- lr = 0x210099f4
traceback 1 -- lr = 0x2101daec
traceback 2 -- lr = 0x2101db3c
traceback 3 -- lr = 0x2101c494
----- traceback end -----

[LMS] Dump info around address [0x2104041c]:

        [0x21040398]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7d |  0]:  1  1
        [0x210403a0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7d |  4]:  1  1
        [0x210403a8]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7e |  0]:  1  1
        [0x210403b0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7e |  4]:  1  1
        [0x210403b8]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7f |  0]:  1  1
        [0x210403c0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e7f |  4]:  1  1
        [0x210403c8]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e80 |  0]:  1  1
        [0x210403d0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e80 |  4]:  1  1
        [0x210403d8]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e81 |  0]:  1  1
        [0x210403e0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e81 |  4]:  1  1
        [0x210403e8]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e82 |  0]:  1  1
        [0x210403f0]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e82 |  4]:  1  1
        [0x210403f8]:  40  1e  04  21  05  07  00  80 | [0x21041e83 |  0]:  2  2
        [0x21040400]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e83 |  4]:  0  0
        [0x21040408]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e84 |  0]:  0  0
        [0x21040410]:  00  00  00  00  f8  03  04  21 | [0x21041e84 |  4]:  0  2
        [0x21040418]:  05  8b  06  00 [00] 00  00  00 | [0x21041e85 |  0]:  2 [3]
        [0x21040420]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e85 |  4]:  3  3
        [0x21040428]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e86 |  0]:  3  3
        [0x21040430]:  14  04  04  21  00  84  06  00 | [0x21041e86 |  4]:  2  2
        [0x21040438]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e87 |  0]:  3  3
        [0x21040440]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e87 |  4]:  3  3
        [0x21040448]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e88 |  0]:  3  3
        [0x21040450]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e88 |  4]:  3  3
        [0x21040458]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e89 |  0]:  3  3
        [0x21040460]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e89 |  4]:  3  3
        [0x21040468]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8a |  0]:  3  3
        [0x21040470]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8a |  4]:  3  3
        [0x21040478]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8b |  0]:  3  3
        [0x21040480]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8b |  4]:  3  3
        [0x21040488]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8c |  0]:  3  3
        [0x21040490]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8c |  4]:  3  3
        [0x21040498]:  00  00  00  00  00  00  00  00 | [0x21041e8d |  0]:  3  3
[ERR][TestLmsTsk]*****  Kernel Address Sanitizer Error Detected End *****
str[ 0]=0x 0
######LmsTestUseAfterFree stop ######

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/

分类

其他

标签

OpenHarmony

已于2023-3-24 16:27:41修改

51CTO

51CTO博客

51CTO学堂

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

运行机制

接口说明

开发指导

开发流程

编程实例

示例代码

结果验证

SHELL

常用命令介绍

cat

命令格式

参数说明

cd

命令格式

参数说明

cp

命令格式

参数说明

date

命令格式

参数说明

free

命令格式

参数说明

help

命令格式

参数说明

ifconfig

命令格式

参数说明

ls

命令格式

ls [DIRECTORY]

memusage

命令格式

memusage [-k/-m]

mkdir

命令格式

mkdir [DIRECTORY]

ping

命令格式

ping [ip]

pwd

命令格式

pwd

rm

命令格式

rm [FILE] or rm [-r/-R] [FILE]

rmdir

命令格式

rmdir [DIRECTORY]

task

命令格式

task

touch

命令格式

touch [FILE]

stack

命令格式

stack [ID]

hwi

命令格式

hwi

st

命令格式

st -s | st -e

目录

订阅鸿蒙技术特刊，精选内容抢先看

OpenHarmony设备开发轻量系统内核（LiteOS-M）内核调测（下）