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OpenHarmony（鸿蒙南向开发）——轻量系统内核（LiteOS-M）【LMS调测】

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OpenHarmony（鸿蒙南向开发）——轻量系统内核（LiteOS-M）【LMS调测】LMS LiteMemorySa 是一种实时检测内存操作合法性的调测工具

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往期推文全新看点：

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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：

  1. 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
  1. 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", ] }
  1. 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：

  1. 创建一个用于Lms测试的任务。
  2. 构造内存溢出错误和释放后使用错误。
  3. 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: [0x] [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 = 0xf4 traceback 1 -- lr = 0x2101da6e traceback 2 -- lr = 0x2101db38 traceback 3 -- lr = 0x2101c494 ----- traceback end ----- [LMS] Dump info around address [0x]: [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7c | 4]: 1 1 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7d | 0]: 1 1 [0xa0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7d | 4]: 1 1 [0xa8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7e | 0]: 1 1 [0xb0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7e | 4]: 1 1 [0xb8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7f | 0]: 1 1 [0xc0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7f | 4]: 1 1 [0xc8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e80 | 0]: 1 1 [0xd0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e80 | 4]: 1 1 [0xd8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e81 | 0]: 1 1 [0xe0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e81 | 4]: 1 1 [0xe8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e82 | 0]: 1 1 [0xf0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e82 | 4]: 1 1 [0xf8]: 40 1e 04 21 05 07 00 80 | [0x21041e83 | 0]: 2 2 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e83 | 4]: 0 0 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e84 | 0]: 0 0 [0x]: 00 00 00 00 [f8] 03 04 21 | [0x21041e84 | 4]: 0 [2] [0x]: 00 8b 06 00 00 00 00 00 | [0x21041e85 | 0]: 2 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e85 | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e86 | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e86 | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e87 | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e87 | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e88 | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e88 | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e89 | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e89 | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8a | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8a | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8b | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8b | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8c | 0]: 3 3 [0x]: 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: [0xc] [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 = 0xf4 traceback 1 -- lr = 0x2101daec traceback 2 -- lr = 0x2101db3c traceback 3 -- lr = 0x2101c494 ----- traceback end ----- [LMS] Dump info around address [0xc]: [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7d | 0]: 1 1 [0xa0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7d | 4]: 1 1 [0xa8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7e | 0]: 1 1 [0xb0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7e | 4]: 1 1 [0xb8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7f | 0]: 1 1 [0xc0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e7f | 4]: 1 1 [0xc8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e80 | 0]: 1 1 [0xd0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e80 | 4]: 1 1 [0xd8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e81 | 0]: 1 1 [0xe0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e81 | 4]: 1 1 [0xe8]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e82 | 0]: 1 1 [0xf0]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e82 | 4]: 1 1 [0xf8]: 40 1e 04 21 05 07 00 80 | [0x21041e83 | 0]: 2 2 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e83 | 4]: 0 0 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e84 | 0]: 0 0 [0x]: 00 00 00 00 f8 03 04 21 | [0x21041e84 | 4]: 0 2 [0x]: 05 8b 06 00 [00] 00 00 00 | [0x21041e85 | 0]: 2 [3] [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e85 | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e86 | 0]: 3 3 [0x]: 14 04 04 21 00 84 06 00 | [0x21041e86 | 4]: 2 2 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e87 | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e87 | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e88 | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e88 | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e89 | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e89 | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8a | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8a | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8b | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8b | 4]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8c | 0]: 3 3 [0x]: 00 00 00 00 00 00 00 00 | [0x21041e8c | 4]: 3 3 [0x]: 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）

最后

总是有很多小伙伴反馈说：鸿蒙开发不知道学习哪些技术？不知道需要重点掌握哪些鸿蒙开发知识点？ 为了解决大家这些学习烦恼。在这准备了一份很实用的鸿蒙全栈开发学习路线与学习文档给大家用来跟着学习。

针对一些列因素，整理了一套纯血版鸿蒙（HarmonyOS Next）全栈开发技术的学习路线，包含了鸿蒙开发必掌握的核心知识要点，内容有（OpenHarmony多媒体技术、Napi组件、OpenHarmony内核、OpenHarmony驱动开发、系统定制移植……等）技术知识点。

在这里插入图片描述

《鸿蒙 (Harmony OS)开发学习手册》（共计892页）:https://gitcode.com/HarmonyOS_MN/733GH/overview

如何快速入门？

1.基本概念
2.构建第一个ArkTS应用
3.……

OpenHarmony（鸿蒙南向开发）——轻量系统内核（LiteOS-M）【LMS调测】

鸿蒙开发面试真题（含参考答案）:

OpenHarmony（鸿蒙南向开发）——轻量系统内核（LiteOS-M）【LMS调测】

《OpenHarmony源码解析》:https://gitcode.com/HarmonyOS_MN/733GH/overview

  • 搭建开发环境
  • Windows 开发环境的搭建
  • Ubuntu 开发环境搭建
  • Linux 与 Windows 之间的文件共享
  • ……
  • 系统架构分析
  • 构建子系统
  • 启动流程
  • 子系统
  • 分布式任务调度子系统
  • 分布式通信子系统
  • 驱动子系统
  • ……

图片

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