linux编程之mprotect

mprotect: 设置内存访问权限

mmap 的第三个参数指定对内存区域的保护，由标记读、写、执行权限的 PROT_READ、PROT_WRITE 和 PROT_EXEC 按位与操作获得，或者是限制没有访问权限的 PROT_NONE。如果程序尝试在不允许这些权限的本地内存上操作，它将被 SIGSEGV 信号（Segmentation fault，段错误）终止。

在内存映射完成后，这些权限仍可以被 mprotect 系统调用所修改。mprotect 的参数分别为内存区间的地址，区间的大小，新的保护标志设置。所指定的内存区间必须包含整个页：区间地址必须和整个系统页大小对齐，而区间长度必须是页大小的整数倍。这些页的保护标记被这里指定的新保护模式替换。

获得页面对齐的内存
应注意的是， malloc 返回的内存区域通常并不与内存页面对齐，甚至在内存的大小是页大小整数倍的情况下也一样。如果您想保护从 malloc 获得的内存，您不得不分配一个更大的内存区域并在其中找到一个与页对齐的区间。
您可以选择使用 mmap 系统调用来绕过 malloc 并直接从 Linux 内核中分配页面对齐内存。

mmap通过映射 /dev/zero 来分配内存页。内存将被初始化为可读和可写模式。

int fd = open (“/dev/zero”, O_RDONLY);
char* memory = mmap (NULL, page_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
close (fd);

然后，您的程序可以使用 mprotect 把它变成只读：

mprotect (memory, page_size, PROT_READ);

有一种监控内存访问的高级技巧，可以通过利用 mmap 和 mprotect 保护目标内存区间，然后当程序访问时候接收并处理 Linux 系统发送的 SIGSEGV 信号。代码 展示了这个技巧。

代码使用mprotect检测内存访问

#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

static int alloc_size;
static char* memory;

void segv_handler (int signal_number)
{
  printf (“memory accessed!\n”);
  mprotect (memory, alloc_size, PROT_READ | PROT_WRITE);
}

int main ()
{
  int fd;
  struct sigaction sa;

  /* 初始化segv_handler为SIGSEGV的句柄。*/
  memset (&sa, 0, sizeof (sa));
  sa.sa_handler = &segv_handler;
  sigaction (SIGSEGV, &sa, NULL);

  /* 使用映射/dev/zero分配内存页。最初映射的内存为只写。*/
  alloc_size = getpagesize ();
  fd = open (“/dev/zero”, O_RDONLY);
  memory = mmap (NULL, alloc_size, PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
  close (fd);
  /* 写页来获得一个私有复制。 */
  memory[0] = 0;
  /* 使内存为不可写。 */
  mprotect (memory, alloc_size, PROT_NONE);

  /* 写分配内存区域。 */
  memory[0] = 1;
  /* 所有工作都结束；unmap内存映射。 */
  printf (“all done\n”);
  munmap (memory, alloc_size);

  return 0;
}

上述程序按照如下步骤执行：

1. 程序为 SIGSEGV 建立一个信号处理句柄。
2. 程序通过映射 /dev/zero 分配一个内存分页，然后通过写入数据的方式获得一个私有复本。
3. 程序通过调用带 PROT_NONE 权限的 mprotect 保护了内存。
4. 当程序在后续执行中写入内存时，Linux 向进程发送 SIGSEGV，这个信号被 segv_handler 句柄接收处理。这个句柄将解除内存保护，因而程序内存访问得以继续。
5. 当信号句柄执行完成时，程序控制权返回 main 函数，程序将使用 munmap 来释放内存。