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[原创]通过GDK8观察堆

发表于: 2021-10-11 18:40 6681

[原创]通过GDK8观察堆

birdring

2021-10-11 18:40

6681

主机： Windows 10；64位；专业版

调试工具为Nano Code；与GDK套件协同工作的集成调试工具，兼容WinDBG。

目标机： GDK8 Ubuntu 18.04；64位 ArmV8架构

Nano Debugger；用于支持符号化的Linux应用程序调试

与GDK7不同的是，GDK8在与主机建立连接通过的不再是USB3.0电缆（DCI技术），而是通过远程连接的方式，将目标机与主机连接起来。同时GDK8也是一台可以直接使用的主机，大幅度的减少了准备调试环境所需的时间，省去各种因为软件和硬件不兼容所带来的烦恼。

GDK8调试套件包含了不少东西，如遥控器、电源、HDMI电缆、GDK8、还有一根蓝色电缆用于刷固件、研究底层逻辑。

观察过程

堆是什么？--》在程序运行过程中，堆可以提供动态分配的内存，允许程序申请大小未知的内存。堆其实就是程序虚拟地址空间的一块连续的线性区域，它由低地址向高地址方向增长。我们一般称管理堆的那部分程序为堆管理器；在知道堆是什么后，我们在GDK8中去观察堆及其相关的数据结构。

首先我们需要在GDK8中下载libc符号[sudo apt install libc6-dbg]，下载的符号一般会放在/usr/lib/debug/lib目录内；可以通过find命令查找libc符号所在位置[sudo find /usr/lib/debug -name “libc-x.xx.so”]；找到libc符号之后，就可以将libc符号复制到主机C盘的temp目录[C:\temp]当中（目前仅支持这1种路径），并且还需要将libc-x.xx.so更名为类似于libc.so.6的形式；如下图所示。

随后将GDK8和Nano Code建立连接，并加载libc符号及其他所需符号；如下图所示。

接着获取main_arena全局变量（属于malloc_state结构体）的地址；main_arena中的next指针指向的是下一个arena的地址，最后1个arena中的next指针指向的是main_arena；通过dt查看数据类型的时候，直接显示数值大小的是全局变量，显示数值对应数据类型的是结构体；如下图所示。

当获取main_arena的地址之后，根据next指针找出所有的arena（每个线程都有它专属的arena；主线程的arena称为main_arena，子线程的arena称为non_main_arena），并将它们显示出来；arena对应的是malloc_state结构体；malloc_state结构体中的flags字段记录分配区的一些状态，如比特0的位置记录了分配区是否有fast bin chunk，比特1 记录了分配区是否能返回连续的虚拟地址空间，比特3记录了分配区的内存是否损坏。

在main_arena中，当程序第一次动态分配内存的时候，堆会被分成两块，一块是分配区，另一块是Top Chunk，Top Chunk的起始地址亦是top指针所指向的位置；在之后动态分配内存的过程中，只要Top Chunk的位置还够用，分配区就会从Top Chunk中划分空间供自己使用，但是假如Top Chunk中的空间不够用了，那么就会通过brk机制扩展空间。

在main_arena中的top指针记录了分配区的结束位置的地址，top指针的上方为top chunk；而分配区的开始位置的地址，如下图所示。

在GDK8中手工验证一下，这个地址是否正确；如下图所示，可以看到没有问题。

在non_main_arena中的情况则会复杂一些；首先non_main_arena中如果分配内存数量不够大的话，那么分配区的开始位置的地址和结束位置的地址同main_arena中的情况是一样的；但是如果分配内存数量足够的大，那么在non_main_arena中的分配区会划分成1个又1个的子堆；不管non_main_arena是否划分了子堆，在主子堆中，分配区的开始位置永远是[bins指针+mchunk_size（去标志位；bins指针对应malloc_chunk中的mchunk_size）]，而其他子堆分配区的起始位置的地址为[heap info的地址+0x20]。