嵌入式开发调试利器 | Sanitizer检测器

Sanitizer简介

Sanitizer是由Google发起的开源工具集，用于检测内存泄露等问题。

 

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

它包括了AddressSanitizer、MemorySanitizer、ThreadSanitizer、LeakSanitizer等多种工具。这些工具最初是LLVM项目的一部分，后来也被GNU的GCC编译器支持。从GCC的4.8版本开始，就已经支持AddressSanitizer和ThreadSanitizer，而4.9版本则开始支持LeakSanitizer。

Sanitizer使用

1、AddressSanitizer的使用例子

AddressSanitizer(ASan) 是一个快速内存检测器，可以检测出缓冲区溢出、使用已释放内存等问题。编译时带上参数 -fsanitize=address及-g。

（1）捕捉栈缓冲区溢出问题：

AddressSanitizer.c：

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#include 

void test_func(void)
{
    int a[6] = {0};
    int b = a[6];    // 栈缓冲区溢出
}                     

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

 return 0;
}

编译、运行：

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

执行结果分析：

触发了检测错误级别，终止程序并给出了程序运行异常的原因及异常的代码位置。

（2）捕捉使用已释放内存问题：

ThreadSanitizer.c：

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#include 

void test_func(void)
{
    char *p = malloc(10);
    p[0] = 1;
    free(p);
    p[0] = 1;  // 使用已释放内存
}                     

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

 return 0;
}

2、ThreadSanitizer的使用例子

ThreadSanitizer(TSan) 是一个数据竞争检测器，可以用来分析线程竞态、死锁等线程相关问题。编译时带上参数 -fsanitize=thread及-g。

捕捉 线程间数据竞争 问题：

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#include 
#include 

int g_counter = 0;  // thread1、thread2竞争的数据

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: %d\n", g_counter);
}

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

    return 0;
}

编译、运行：

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

执行结果分析：

触发了检测警告级别，程序仍能运行，并给出了程序运行有风险的原因及有风险的代码位置。

3、程序中同时存在多处风险？

上面的例子分别使用AddressSanitizer检测器与ThreadSanitizer检测器来检测对应的异常，可以较为精准地检测到对应的异常。

如果程序中同时存在多处风险呢？

这也是比较贴近我们的实际应用的，毕竟我们并不知道我们的代码里有哪些可能存在的风险。这种情况我们要怎么检测？

编译时能同时带上多个-fsanitize参数调用多个检测器吗？

可以同时带，但有些检测器不能同时使用。

AddressSanitizer与ThreadSanitizer检测器不能同时使用。

但是，假如我们的程序中恰好存在address异常与thread异常呢，单独使用AddressSanitizer检测器、ThreadSanitizer检测器的表现是怎样的？

比如，我们把上面3个例子的代码放在一起：

test.c：

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#include 
#include 
#include 

int g_counter = 0;  // thread1、thread2竞争的数据

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

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

// 测试：资源竞争
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: %d\n", g_counter);
}

// 测试：使用已释放内存
void test_func1(void)
{
    char *p = malloc(10);

    printf("This is test_func1\n");

    p[0] = 1;
    free(p);
    p[0] = 1;  // 使用已释放内存
}     

// 测试：栈缓冲区溢出
void test_func2(void)
{
    int a[6] = {0};
    int b = a[6];    // 栈缓冲区溢出
}     

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

    return 0;
}

带-fsanitize=thread参数编译、运行：

执行结果分析：

ThreadSanitizer检测器能正常检测出资源竞争的问题，也检测出了test_func1中的使用已释放的堆内存的问题并以警告级别报告，但没有检测出test_func2的栈缓冲区溢出问题。

是不是因为test_func2运行在test_func1后面了，所以test_func2的异常没有被ThreadSanitizer检测器检测出来？

我们调换个位置看看：

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

    return 0;
}

显然，执行结果还是一样的，test_func2的栈缓冲区溢出问题还是没有被ThreadSanitizer检测器检测出来。

所以，大致得出结论：当程序里存在thread异常与address异常时，使用ThreadSanitizer检测器能准确检测到thread异常，能检测到部分address异常。

带-fsanitize=address参数编译、运行：

执行顺序：

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

    return 0;
}

执行结果分析：

AddressSanitizer检测器检测到了test_func1中的已使用释放的堆内存的异常并以错误级别报告，并终止了程序；没有检测到test_func的资源竞争的风险；也没有检测到test_func2的栈缓冲区溢出的问题，因为执行到test_func1的时候程序已经被终止了，如果把test_func2放在test_func1之前运行，就能检测到test_func2的异常。

结论：当程序里存在thread异常与address异常时，使用AddressSanitizer检测器能准确检测到第一个触发的address异常，不能检测到thread异常。

如果程序中存在多种可能存在的风险时，需要使用多个检测器单独挨个检测。每个检测器都有其擅长检测的方面，可以经过初步分析之后确定大致地方向，选择适合地检测器来做检测。

以上就是关于Sanitizer的一些简单介绍及使用的分享，更多的关于Sanitizer的资料可查阅：https://github.com/google/sanitizers/wiki/

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