Malloc两种内存获取方式的区别

既然你正在看这篇文章，那么你就应该知道malloc函数是通过syscall调用从操作系统获取内存的。 如下图所示，malloc是通过调用brk或mmap这两种syscall之一来获取内存的。

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1.brk方式

brk：brk是通过增设程序断点来从内核获取内存(非清零)的。最初堆段的起点(start_brk)和堆段终点(brk)是指向相同的位置的。当ASLR关闭时，start_brk和brk将指向data/bss段(end_data)的末尾。当ASLR打开时，start_brk和brk的值将等于data/bss段(end_data)的结尾加上一个随机的brk偏移。

正如上面的“进程虚拟内存布局”图展示的，start_brk是堆段的开始，brk(程序中断)是堆段的结尾。

例程如下：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. /* sbrk and brk example */ 
    2. 
  
  
  
  
  2. #include  
    3. 
  
  
  
  
  3. #include  
    4. 
  
  
  
  
  4. #include  
    5. 
  
  
  
  
  5.  
    6. 
  
  
  
  
  6. int main() 
    7. 
  
  
  
  
  7. { 
    8. 
  
  
  
  
  8.         void *curr_brk, *tmp_brk = NULL; 
    9. 
  
  
  
  
  9.  
    10. 
  
  
  
  
  10.         printf("Welcome to sbrk example:%d\n", getpid()); 
    11. 
  
  
  
  
  11.  
    12. 
  
  
  
  
  12.         /* sbrk(0)返回此进程的断点位置*/ 
    13. 
  
  
  
  
  13.         tmp_brk = curr_brk = sbrk(0); 
    14. 
  
  
  
  
  14.         printf("Program Break Location1:%p\n", curr_brk); 
    15. 
  
  
  
  
  15.         getchar(); 
    16. 
  
  
  
  
  16.  
    17. 
  
  
  
  
  17.         /* brk（addr）递增/递减程序的断点位置*/ 
    18. 
  
  
  
  
  18.         brk(curr_brk+4096); 
    19. 
  
  
  
  
  19.  
    20. 
  
  
  
  
  20.         curr_brk = sbrk(0); 
    21. 
  
  
  
  
  21.         printf("Program break Location2:%p\n", curr_brk); 
    22. 
  
  
  
  
  22.         getchar(); 
    23. 
  
  
  
  
  23.  
    24. 
  
  
  
  
  24.         brk(tmp_brk); 
    25. 
  
  
  
  
  25.  
    26. 
  
  
  
  
  26.         curr_brk = sbrk(0); 
    27. 
  
  
  
  
  27.         printf("Program Break Location3:%p\n", curr_brk); 
    28. 
  
  
  
  
  28.         getchar(); 
    29. 
  
  
  
  
  29.  
    30. 
  
  
  
  
  30.         return 0; 
    31. 
  
  
  
  
  31. } 
    32.

输出分析：在增设程序中断之前，通过下面的输出，我们可以看到并没有堆段。

因此：• start_brk = brk = end_data = 0x804b000

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ ./sbrk  
    2. 
  
  
  
  
  2. Welcome to sbrk example:6141 
    3. 
  
  
  
  
  3. Program Break Location1:0x804b000 
    4. 
  
  
  
  
  4. ... 
    5. 
  
  
  
  
  5. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6141/maps 
    6. 
  
  
  
  
  6. ... 
    7. 
  
  
  
  
  7. 0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539624     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/sbrk 
    8. 
  
  
  
  
  8. b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
    9. 
  
  
  
  
  9. ... 
    10. 
  
  
  
  
  10. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ 
    11.

在增设了程序断点后：在下面的输出我们可以观察到有堆段。

因此：• start_brk = end_data = 0x804b000• brk = 0x804c000

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ ./sbrk  
    2. 
  
  
  
  
  2. Welcome to sbrk example:6141 
    3. 
  
  
  
  
  3. Program Break Location1:0x804b000 
    4. 
  
  
  
  
  4. Program Break Location2:0x804c000 
    5. 
  
  
  
  
  5. ... 
    6. 
  
  
  
  
  6. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6141/maps 
    7. 
  
  
  
  
  7. ... 
    8. 
  
  
  
  
  8. 0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539624     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/sbrk 
    9. 
  
  
  
  
  9. 0804b000-0804c000 rw-p 00000000 00:00 0          [heap] 
    10. 
  
  
  
  
  10. b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
    11. 
  
  
  
  
  11. ... 
    12. 
  
  
  
  
  12. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ 
    13.

其中0804b000-0804c000是此堆段的虚拟地址范围

rw-p是Flags(可读，可写，不可执行，私有)

00000000是文件偏移 – 由于不存在文件映射，所以这里为零

00:00是主要/次要设备号 – 由于不存在文件映射，所以这里为零

0是Inode编号 – 由于不存在文件映射，所以这里为零

[heap]表示是堆段

2.mmap方式

mmap：malloc使用mmap去创建一个私有的匿名映射段。映射这个私有匿名段的主要目的是为了分配新的内存(已清零)，并且这个新的内存将被调用进程独占使用。

例程：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. /* Private anonymous mapping example using mmap syscall */ 
    2. 
  
  
  
  
  2. #include  
    3. 
  
  
  
  
  3. #include  
    4. 
  
  
  
  
  4. #include  
    5. 
  
  
  
  
  5. #include  
    6. 
  
  
  
  
  6. #include  
    7. 
  
  
  
  
  7. #include  
    8. 
  
  
  
  
  8. #include  
    9. 
  
  
  
  
  9.  
    10. 
  
  
  
  
  10. void static inline errExit(const char* msg) 
    11. 
  
  
  
  
  11. { 
    12. 
  
  
  
  
  12.         printf("%s failed. Exiting the process\n", msg); 
    13. 
  
  
  
  
  13.         exit(-1); 
    14. 
  
  
  
  
  14. } 
    15. 
  
  
  
  
  15.  
    16. 
  
  
  
  
  16. int main() 
    17. 
  
  
  
  
  17. { 
    18. 
  
  
  
  
  18.         int ret = -1; 
    19. 
  
  
  
  
  19.         printf("Welcome to private anonymous mapping example::PID:%d\n", getpid()); 
    20. 
  
  
  
  
  20.         printf("Before mmap\n"); 
    21. 
  
  
  
  
  21.         getchar(); 
    22. 
  
  
  
  
  22.         char* addr = NULL; 
    23. 
  
  
  
  
  23.         addr = mmap(NULL, (size_t)132*1024, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0); 
    24. 
  
  
  
  
  24.         if (addr == MAP_FAILED) 
    25. 
  
  
  
  
  25.                 errExit("mmap"); 
    26. 
  
  
  
  
  26.         printf("After mmap\n"); 
    27. 
  
  
  
  
  27.         getchar(); 
    28. 
  
  
  
  
  28.  
    29. 
  
  
  
  
  29.         /* Unmap mapped region. */ 
    30. 
  
  
  
  
  30.         ret = munmap(addr, (size_t)132*1024); 
    31. 
  
  
  
  
  31.         if(ret == -1) 
    32. 
  
  
  
  
  32.                 errExit("munmap"); 
    33. 
  
  
  
  
  33.         printf("After munmap\n"); 
    34. 
  
  
  
  
  34.         getchar(); 
    35. 
  
  
  
  
  35.         return 0; 
    36. 
  
  
  
  
  36. } 
    37.

输出分析：

mmap调用前：在下面的输出中，我们只能看到属于共享库libc.so和ld-linux.so的内存映射段

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6067/maps 
    2. 
  
  
  
  
  2. 08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
    3. 
  
  
  
  
  3. 08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
    4. 
  
  
  
  
  4. 0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
    5. 
  
  
  
  
  5. b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
    6. 
  
  
  
  
  6. ... 
    7. 
  
  
  
  
  7. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ 
    8.

mmap调用后：在下面的输出中，我们可以看到我们的内存映射段(b7e00000 – b7e21000，大小为132KB)与已映射的内存映射段(b7e21000 – b7e22000)拼接在一起了。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6067/maps 
    2. 
  
  
  
  
  2. 08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
    3. 
  
  
  
  
  3. 08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
    4. 
  
  
  
  
  4. 0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
    5. 
  
  
  
  
  5. b7e00000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
    6. 
  
  
  
  
  6. ... 
    7. 
  
  
  
  
  7. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ 
    8.

其中b7e00000-b7e22000是此段的虚拟地址范围

rw-p是Flags(可读，可写，不可执行，私有)

00000000是文件偏移 – 由于不存在文件映射，所以这里为零

00:00是主要/次要设备号 – 由于不存在文件映射，所以这里为零

0是Inode编号 – 由于不存在文件映射，所以这里为零

munmap调用后：在下面的输出中，我们可以看到我们的内存映射段是未映射的，就是说其相应的内存已经释放到操作系统了。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ cat /proc/6067/maps 
    2. 
  
  
  
  
  2. 08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
    3. 
  
  
  
  
  3. 08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
    4. 
  
  
  
  
  4. 0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 539691     /home/sploitfun/ptmalloc.ppt/syscalls/mmap 
    5. 
  
  
  
  
  5. b7e21000-b7e22000 rw-p 00000000 00:00 0  
    6. 
  
  
  
  
  6. ... 
    7. 
  
  
  
  
  7. sploitfun@sploitfun-VirtualBox:~/ptmalloc.ppt/syscalls$ 
    8.

注意：在我们的示例程序中ASLR是关闭的。

文章题目：Malloc两种内存获取方式的区别
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