Postgresql中检测内存越界或use after free的简便方法

1 使用场景

在Postgresql的内存管理模块中，最常用的aset.c提供的内存池实现，该实现提供了两个非常实用的开关来解决常见的内存越界问题：

memdebug.c

 *	About CLOBBER_FREED_MEMORY:
 *
 *	If this symbol is defined, all freed memory is overwritten with 0x7F's.
 *	This is useful for catching places that reference already-freed memory.
 *
 *	About MEMORY_CONTEXT_CHECKING:
 *
 *	Since we usually round request sizes up to the next power of 2, there
 *	is often some unused space immediately after a requested data area.
 *	Thus, if someone makes the common error of writing past what they've
 *	requested, the problem is likely to go unnoticed ... until the day when
 *	there *isn't* any wasted space, perhaps because of different memory
 *	alignment on a new platform, or some other effect.  To catch this sort
 *	of problem, the MEMORY_CONTEXT_CHECKING option stores 0x7E just beyond
 *	the requested space whenever the request is less than the actual chunk
 *	size, and verifies that the byte is undamaged when the chunk is freed.

简单总结如下：

• CLOBBER_FREED_MEMORY：
  • 如果定义了这个符号，所有释放的内存都会被覆盖为0x7F。这对于捕捉引用已释放内存的地方非常有用。
• MEMORY_CONTEXT_CHECKING：
  • 由于我们通常将请求的大小舍入到下一个2的幂，所以在请求的数据区域之后通常会有一些未使用的空间。因此，如果有人犯了常见的错误，超出了他们请求的范围，问题可能会被忽视…直到更换平台后，没有这种空间未使用空间，导致内存越界使用的问题才被发现。

其实这两个宏在打开USE_ASSERT_CHECKING的使用就默认会生效。所以建议configure时记得打开enable_cassert。

/*
 * Define this to cause pfree()'d memory to be cleared immediately, to
 * facilitate catching bugs that refer to already-freed values.
 * Right now, this gets defined automatically if --enable-cassert.
 */
#ifdef USE_ASSERT_CHECKING
#define CLOBBER_FREED_MEMORY
#endif

/*
 * Define this to check memory allocation errors (scribbling on more
 * bytes than were allocated).  Right now, this gets defined
 * automatically if --enable-cassert or USE_VALGRIND.
 */
#if defined(USE_ASSERT_CHECKING) || defined(USE_VALGRIND)
#define MEMORY_CONTEXT_CHECKING
#endif

2 原理

2.1 MEMORY_CONTEXT_CHECKING

下面讲讲这两宏的原理，也比较简单：

正常我们申请内存都是会向上对齐到2的幂上，比如申请5个字节实际上会分配8个字节出来，但是你只应该使用5个字节。

但是如果你内存越界访问到第六个字节后，实际上是不会发生任何破坏的，因为这第六个字节也没有人会用，释放时也不可能发现。这就造成了隐患（这类问题都比较难差会有奇怪的逻辑报错）。

如果打开MEMORY_CONTEXT_CHECKING宏后：

2.2 CLOBBER_FREED_MEMORY

还有use after free的场景，因为在pfree时，内存块中的内容不会立即被覆盖或重写，很可能发生上面已经free了，但后面还能正常用的场景，在某些串行逻辑下，貌似一直都不会出现问题，这也埋下了隐患（这类问题都比较难差会有奇怪的逻辑报错）。

打开CLOBBER_FREED_MEMORY后，释放时会调用wipe_mem将内存覆盖成0X7F

static inline void
wipe_mem(void *ptr, size_t size)
{
	VALGRIND_MAKE_MEM_UNDEFINED(ptr, size);
	memset(ptr, 0x7F, size);
	VALGRIND_MAKE_MEM_NOACCESS(ptr, size);
}

后面aset不会对0x7F做任何检查逻辑，因为没准你的数据就全是0x7F。但是memset后，肯定会将pfree的地址的数据立即覆盖掉，让后面使用者能尽早发现问题（看到一堆0x7F就知道是用了free后的地址了）。