ГВП-АСан

GWP-ASan — это встроенная функция распределения памяти, которая помогает находить ошибки использования после освобождения и переполнения буфера кучи . Его неофициальное название представляет собой рекурсивную аббревиатуру « G WP-ASan Will Provide Allocation SANity ». В отличие от HWASan или Malloc Debug , GWP-ASan не требует исходников или перекомпиляции (то есть работает с готовыми сборками) и работает как на 32-, так и на 64-битных процессах (хотя 32-битные сбои содержат меньше отладочной информации ). В этом разделе описаны действия, которые необходимо предпринять, чтобы включить эту функцию в вашем приложении. GWP-ASan доступен в приложениях, ориентированных на Android 11 (уровень API 30) или выше.

Обзор

GWP-ASan включается в некоторых случайно выбранных системных приложениях и исполняемых файлах платформы при запуске процесса (или при разветвлении зиготы). Включите GWP-ASan в своем приложении, чтобы найти ошибки, связанные с памятью, и подготовить приложение к поддержке расширения ARM Memory Tagged Extension (MTE) . Механизмы выборки распределения также обеспечивают надежность при запросах о смерти .

После включения GWP-ASan перехватывает случайно выбранное подмножество выделений кучи и помещает их в специальную область, которая выявляет труднообнаружимые ошибки повреждения памяти кучи. При наличии достаточного количества пользователей даже такая низкая частота выборки приведет к обнаружению ошибок безопасности кучи памяти, которые не обнаруживаются при регулярном тестировании. Например, GWP-ASan обнаружил значительное количество ошибок в браузере Chrome (многие из которых до сих пор находятся под запретом просмотра).

GWP-ASan собирает дополнительную информацию обо всех перехватываемых распределениях. Эта информация доступна, когда GWP-ASan обнаруживает нарушение безопасности памяти, и автоматически помещается в собственный отчет о сбое, что может существенно помочь в отладке (см. Пример ).

GWP-ASan спроектирован таким образом, чтобы не вызывать каких-либо значительных затрат ресурсов ЦП. GWP-ASan при включении приводит к небольшому фиксированному расходу оперативной памяти. Эти накладные расходы определяются системой Android и в настоящее время составляют примерно 70 кибибайт (КиБ) для каждого затронутого процесса.

Включите свое приложение

GWP-ASan может быть включен приложениями на уровне каждого процесса с помощью тега android:gwpAsanMode в манифесте приложения. Поддерживаются следующие параметры:

  • Всегда отключено ( android:gwpAsanMode="never" ): этот параметр полностью отключает GWP-ASan в вашем приложении и используется по умолчанию для несистемных приложений.

  • По умолчанию ( android:gwpAsanMode="default" или не указано): Android 13 (уровень API 33) и ниже — GWP-ASan отключен. Android 14 (уровень API 34) и выше — восстанавливаемый GWP-ASan включен.

  • Всегда включено ( android:gwpAsanMode="always" ): этот параметр включает GWP-ASan в вашем приложении, что включает в себя следующее:

    1. Операционная система резервирует фиксированный объем оперативной памяти для операций GWP-ASan, примерно ~70 КБ для каждого затронутого процесса. (Включите GWP-ASan, если ваше приложение не критически чувствительно к увеличению использования памяти.)

    2. GWP-ASan перехватывает случайно выбранное подмножество выделений кучи и помещает их в специальную область, которая надежно обнаруживает нарушения безопасности памяти.

    3. Когда в специальной области происходит нарушение безопасности памяти, GWP-ASan завершает процесс.

    4. GWP-ASan предоставляет дополнительную информацию о неисправности в отчете о сбое.

Чтобы глобально включить GWP-ASan для вашего приложения, добавьте следующее в файл AndroidManifest.xml :

<application android:gwpAsanMode="always">
  ...
</application>

Кроме того, GWP-ASan можно явно включить или отключить для определенных подпроцессов вашего приложения. Вы можете нацеливать действия и услуги, используя процессы, которые явно включены или отключены от GWP-ASan. См. следующий пример: 

<application>
  <processes>
    <!-- Create the (empty) application process -->
    <process />

    <!-- Create subprocesses with GWP-ASan both explicitly enabled and disabled. -->
    <process android:process=":gwp_asan_enabled"
               android:gwpAsanMode="always" />
    <process android:process=":gwp_asan_disabled"
               android:gwpAsanMode="never" />
  </processes>

  <!-- Target services and activities to be run on either the GWP-ASan enabled or disabled processes. -->
  <activity android:name="android.gwpasan.GwpAsanEnabledActivity"
            android:process=":gwp_asan_enabled" />
  <activity android:name="android.gwpasan.GwpAsanDisabledActivity"
            android:process=":gwp_asan_disabled" />
  <service android:name="android.gwpasan.GwpAsanEnabledService"
           android:process=":gwp_asan_enabled" />
  <service android:name="android.gwpasan.GwpAsanDisabledService"
           android:process=":gwp_asan_disabled" />
</application>

Восстанавливаемый GWP-ASan

Android 14 (уровень API 34) и более поздние версии поддерживают Recoverable GWP-ASan, что помогает разработчикам находить ошибки переполнения кучи и использования кучи после освобождения в рабочей среде без ухудшения пользовательского опыта. Если android:gwpAsanMode не указан в AndroidManifest.xml , приложение использует восстанавливаемый GWP-ASan.

Восстанавливаемый GWP-ASan отличается от базового GWP-ASan следующим образом:

  1. Восстанавливаемый GWP-ASan включается только примерно при 1% запусков приложений, а не при каждом запуске приложения.
  2. При обнаружении ошибки использования кучи после освобождения или переполнения буфера кучи эта ошибка появляется в отчете о сбое (надгробие). Этот отчет о сбое доступен через API ActivityManager#getHistoricalProcessExitReasons , такой же, как и исходный GWP-ASan.
  3. Вместо выхода после сброса отчета о сбое Recoverable GWP-ASan допускает повреждение памяти, и приложение продолжает работать. Хотя процесс может продолжаться как обычно, поведение приложения больше не указывается. Из-за повреждения памяти приложение может аварийно завершить работу в какой-то произвольный момент в будущем или продолжить работу без каких-либо видимых для пользователя последствий.
  4. Восстанавливаемый GWP-ASan отключается после сброса отчета о сбое. Таким образом, приложение может получить только один восстанавливаемый отчет GWP-ASan за каждый запуск приложения.
  5. Если в приложении установлен пользовательский обработчик сигналов, он никогда не вызывает сигнал SIGSEGV, указывающий на восстанавливаемую ошибку GWP-ASan.

Поскольку сбои Recoverable GWP-ASan указывают на реальные случаи повреждения памяти на устройствах конечных пользователей, мы настоятельно рекомендуем сортировать и исправлять ошибки, выявленные Recoverable GWP-ASan, с высоким приоритетом.

Поддержка разработчиков

В этих разделах описываются проблемы, которые могут возникнуть при использовании GWP-ASan, и способы их решения.

Следы выделения/освобождения отсутствуют.

Если вы диагностируете собственный сбой, в котором отсутствуют кадры выделения/освобождения, скорее всего, в вашем приложении отсутствуют указатели кадров . GWP-ASan использует указатели кадров для записи трассировок выделения и освобождения из соображений производительности и не может развернуть трассировку стека, если они отсутствуют.

Указатели кадров включены по умолчанию для устройств Arm64 и отключены по умолчанию для устройств Arm32. Поскольку приложения не имеют контроля над libc, GWP-ASan (как правило) не может собирать трассировки выделения/освобождения для 32-битных исполняемых файлов или приложений. 64-битные приложения должны гарантировать, что они не созданы с использованием -fomit-frame-pointer , чтобы GWP-ASan мог собирать трассировки стека выделения и освобождения.

Воспроизведение нарушений безопасности

GWP-ASan предназначен для выявления нарушений безопасности кучи памяти на пользовательских устройствах. GWP-ASan предоставляет как можно больше контекста об сбое (трассировка доступа к нарушению, строка причины и трассировки выделения/освобождения), но все равно может быть сложно определить, как произошло нарушение. К сожалению, поскольку обнаружение ошибок является вероятностным, отчеты GWP-ASan часто сложно воспроизвести на локальном устройстве.

В таких случаях, если ошибка затрагивает 64-разрядные устройства, вам следует использовать HWAddressSanitizer (HWASan). HWASan надежно обнаруживает нарушения безопасности памяти в стеке, куче и глобальных переменных. Запуск вашего приложения с помощью HWASan может надежно воспроизвести тот же результат, о котором сообщает GWP-ASan.

В случаях, когда запуска вашего приложения под HWASan недостаточно, чтобы выявить причину ошибки, вам следует попытаться фаззить рассматриваемый код. Вы можете направить свои усилия по фаззингу на основе информации из отчета GWP-ASan, который может надежно обнаружить и выявить основные проблемы работоспособности кода.

Пример

В этом примере машинного кода есть ошибка использования кучи после освобождения:

#include <jni.h>
#include <string>
#include <string_view>

jstring native_get_string(JNIEnv* env) {
   std::string s = "Hellooooooooooooooo ";
   std::string_view sv = s + "World\n";

   // BUG: Use-after-free. `sv` holds a dangling reference to the ephemeral
   // string created by `s + "World\n"`. Accessing the data here is a
   // use-after-free.
   return env->NewStringUTF(sv.data());
}

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString(
    JNIEnv* env, jobject /* this */) {
  // Repeat the buggy code a few thousand times. GWP-ASan has a small chance
  // of detecting the use-after-free every time it happens. A single user who
  // triggers the use-after-free thousands of times will catch the bug once.
  // Alternatively, if a few thousand users each trigger the bug a single time,
  // you'll also get one report (this is the assumed model).
  jstring return_string;
  for (unsigned i = 0; i < 0x10000; ++i) {
    return_string = native_get_string(env);
  }

  return reinterpret_cast<jstring>(env->NewGlobalRef(return_string));
}

При тестовом запуске с использованием приведенного выше примера кода GWP-ASan успешно обнаружил незаконное использование и вызвал отчет о сбое, приведенный ниже. GWP-ASan автоматически расширил отчет, предоставив информацию о типе сбоя, метаданных выделения и связанных с ним трассировках стека выделения и освобождения. 

*** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** ***
Build fingerprint: 'google/sargo/sargo:10/RPP3.200320.009/6360804:userdebug/dev-keys'
Revision: 'PVT1.0'
ABI: 'arm64'
Timestamp: 2020-04-06 18:27:08-0700
pid: 16227, tid: 16227, name: 11.test.gwpasan  >>> android11.test.gwpasan <<<
uid: 10238
signal 11 (SIGSEGV), code 2 (SEGV_ACCERR), fault addr 0x736ad4afe0
Cause: [GWP-ASan]: Use After Free on a 32-byte allocation at 0x736ad4afe0

backtrace:
      #00 pc 000000000037a090  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::ScopedCheck::CheckNonHeapValue(char, art::(anonymous namespace)::JniValueType)+448)
      #01 pc 0000000000378440  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::ScopedCheck::CheckPossibleHeapValue(art::ScopedObjectAccess&, char, art::(anonymous namespace)::JniValueType)+204)
      #02 pc 0000000000377bec  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::ScopedCheck::Check(art::ScopedObjectAccess&, bool, char const*, art::(anonymous namespace)::JniValueType*)+612)
      #03 pc 000000000036dcf4  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::CheckJNI::NewStringUTF(_JNIEnv*, char const*)+708)
      #04 pc 000000000000eda4  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (_JNIEnv::NewStringUTF(char const*)+40)
      #05 pc 000000000000eab8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (native_get_string(_JNIEnv*)+144)
      #06 pc 000000000000edf8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString+44)
      ...

deallocated by thread 16227:
      #00 pc 0000000000048970  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::AllocationMetadata::CallSiteInfo::RecordBacktrace(unsigned long (*)(unsigned long*, unsigned long))+80)
      #01 pc 0000000000048f30  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::GuardedPoolAllocator::deallocate(void*)+184)
      #02 pc 000000000000f130  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (std::__ndk1::_DeallocateCaller::__do_call(void*)+20)
      ...
      #08 pc 000000000000ed6c  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (std::__ndk1::basic_string<char, std::__ndk1::char_traits<char>, std::__ndk1::allocator<char> >::~basic_string()+100)
      #09 pc 000000000000ea90  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (native_get_string(_JNIEnv*)+104)
      #10 pc 000000000000edf8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString+44)
      ...

allocated by thread 16227:
      #00 pc 0000000000048970  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::AllocationMetadata::CallSiteInfo::RecordBacktrace(unsigned long (*)(unsigned long*, unsigned long))+80)
      #01 pc 0000000000048e4c  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::GuardedPoolAllocator::allocate(unsigned long)+368)
      #02 pc 000000000003b258  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan_malloc(unsigned long)+132)
      #03 pc 000000000003bbec  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (malloc+76)
      #04 pc 0000000000010414  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (operator new(unsigned long)+24)
      ...
      #10 pc 000000000000ea6c  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (native_get_string(_JNIEnv*)+68)
      #11 pc 000000000000edf8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString+44)
      ...

Дополнительная информация

Подробнее о деталях реализации GWP-ASan можно узнать в документации LLVM . Дополнительные сведения о собственных отчетах о сбоях Android см. в разделе Диагностика собственных сбоев .