GWP-ASan هي ميزة مخصّصة لتوزيع الذاكرة تساعد في العثور على أخطاء use-after-free و heap-buffer-overflow. اسمها غير الرسمي هو عبارة عن اختصار متكرّر، "GWP-ASan Will Provide Allocation SANity". على عكس HWASan أو Malloc Debug، لا تتطلّب أداة GWP-ASan استخدام المصدر أو إعادة الترجمة (أي أنّها تعمل مع الإصدارات المُسبقة الإنشاء)، وتعمل على كلّ من العمليات التي تعمل بنظام 32 بت و64 بت (على الرغم من أنّ الأعطال في التطبيقات التي تعمل بنظام 32 بت تتضمّن معلومات أقلّ حول تصحيح الأخطاء). يوضّح هذا الموضوع الإجراءات التي يجب اتّخاذها لتفعيل هذه الميزة في تطبيقك. تتوفّر أداة GWP-ASan على التطبيقات التي تستهدف الإصدار 11 من نظام التشغيل Android (المستوى 30 لواجهة برمجة التطبيقات) أو الإصدارات الأحدث.
نظرة عامة
يتم تفعيل GWP-ASan في بعض تطبيقات النظام وملفّات التشغيل النظام الأساسية التي يتم اختيارها عشوائيًا عند بدء العملية (أو عند تشعّب الزيجوت). يمكنك تفعيل أداة GWP-ASan في تطبيقك لمساعدتك في العثور على الأخطاء المتعلّقة بالذاكرة، ولإعداد تطبيقك لإتاحة إضافة وضع علامات الذاكرة (MTE) من ARM. توفّر آليات أخذ عيّنات التخصيص أيضًا موثوقية ضد طلبات البحث عن حالات الوفاة.
بعد تفعيل أداة GWP-ASan، تعترض مجموعة فرعية يتم اختيارها عشوائيًا من عمليات تخصيص الذاكرة في الشريحة، ويُعاد وضعها في منطقة خاصة ترصد أخطاء الذاكرة في الشريحة التي يصعب رصدها. مع توفّر عدد كافٍ من المستخدمين، سيؤدي حتى معدّل أخذ العينات المنخفض هذا إلى العثور على أخطاء أمان في ذاكرة الشريحة لا يتم العثور عليها من خلال الاختبار العادي. على سبيل المثال، عثر GWP-ASan على عدد كبير من الأخطاء في متصفّح Chrome (لا يزال الكثير منها قيد الفحص).
تجمع أداة GWP-ASan معلومات إضافية عن جميع عمليات التخصيص التي تتعذّر تتوفّر هذه المعلومات عندما ترصد أداة GWP-ASan انتهاكًا لأمان الذاكرة ويتم وضعها تلقائيًا في تقرير الأعطال الأصلي، ما يمكن أن يساهم بشكل كبير في تصحيح الأخطاء (راجِع المثال).
تم تصميم GWP-ASan بحيث لا يتسبب في أيّ عبء كبير على وحدة المعالجة المركزية. يستهلك GWP-ASan ذاكرة وصول عشوائي ثابتة صغيرة عند تفعيله. يحدِّد نظام Android هذه النفقات العامة، وتبلغ حاليًا 70 كيلوبايت تقريبًا لكل عملية متأثرة.
تفعيل الميزة في تطبيقك
يمكن للتطبيقات تفعيل GWP-ASan على مستوى كل عملية باستخدام العلامة
android:gwpAsanMode في ملف بيان التطبيق. الخيارات التالية متوفرة:
غير مفعَّل دائمًا (
android:gwpAsanMode="never"): يؤدي هذا الإعداد إلى إيقاف GWP-ASan بالكامل في تطبيقك، وهو الإعداد التلقائي للتطبيقات غير المخصّصة للنظام.الإعداد التلقائي (
android:gwpAsanMode="default"أو غير محدّد): الإصدار 13 من نظام التشغيل Android (المستوى 33 لواجهة برمجة التطبيقات) والإصدارات الأقدم: GWP-ASan غير مفعَّل. الإصدار 14 من نظام التشغيل Android (المستوى 34 لواجهة برمجة التطبيقات) والإصدارات الأحدث: يتم تفعيل GWP-ASan القابل للاسترداد.مفعَّل دائمًا (
android:gwpAsanMode="always"): يفعِّل هذا الإعداد GWP-ASan في تطبيقك، ويشمل ما يلي:يحجز نظام التشغيل مقدارًا ثابتًا من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لعمليات GWP-ASan ، أي حوالي 70 كيلوبايت تقريبًا لكل عملية متأثرة. (فعِّل أداة GWP-ASan إذا لم يكن تطبيقك حساسًا بشكل كبير لزيادة استهلاك الذاكرة).
تعترض أداة GWP-ASan مجموعة فرعية تم اختيارها عشوائيًا من عمليات تخصيص الذاكرة في ملف الخَزَن ويُعاد توجيهها إلى منطقة خاصة ترصد بشكل موثوق انتهاكات أمان الذاكرة.
عند حدوث انتهاك لأمان الذاكرة في المنطقة الخاصة، تُنهي أداة GWP-ASan العملية.
تقدّم أداة GWP-ASan معلومات إضافية عن الخطأ في تقرير تعطُّل التطبيق.
لتفعيل أداة GWP-ASan على مستوى تطبيقك، أضِف ما يلي إلى ملف
AndroidManifest.xml:
<application android:gwpAsanMode="always"> ... </application>
بالإضافة إلى ذلك، يمكن تفعيل GWP-ASan أو إيقافه صراحةً لعمليات فرعية معيّنة في تطبيقك. يمكنك استهداف الأنشطة والخدمات باستخدام العمليات التي تم تفعيل GWP-ASan فيها أو إيقافها فيها صراحةً. إليك مثال:
<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>
GWP-ASan القابل للاسترداد
يتيح الإصدار 14 من نظام التشغيل Android (المستوى 34 لواجهة برمجة التطبيقات) والإصدارات الأحدث ميزة GWP-ASan القابلة للاسترداد، والتي تساعد المطوّرين في العثور على أخطاء تجاوز سعة المخزن المؤقت للذاكرة الديناميكية واستخدام ذاكرة معيّنة بعد تفريغها في مرحلة الإنتاج بدون التأثير سلبًا في تجربة المستخدم. عندما يكون android:gwpAsanMode
غير محدّد في AndroidManifest.xml، يستخدم التطبيق أداة Recoverable
GWP-ASan.
تختلف أداة GWP-ASan القابلة للاسترداد عن أداة GWP-ASan الأساسية بالطرق التالية:
- لا يتم تفعيل GWP-ASan القابل للاسترداد إلا في% 1 تقريبًا من عمليات تشغيل التطبيقات، بدلاً من كل عملية تشغيل تطبيق.
- عند رصد خطأ في استخدام الذاكرة العشوائية بعد تحريرها أو في تدفّق ذاكرة التخزين المؤقت للذاكرة العشوائية، يظهر هذا الخطأ
في تقرير الأعطال (السجلّ). يتوفّر تقرير الأعطال هذا
من خلال واجهة برمجة التطبيقات
ActivityManager#getHistoricalProcessExitReasons، تمامًا مثل أداة GWP-ASan الأصلية. - بدلاً من الخروج بعد تفريغ تقرير الأعطال، تسمح أداة GWP-ASan التي يمكن استردادها بحدوث تلف في الذاكرة، ويستمر تشغيل التطبيق. على الرغم من أنّ العملية قد تستمر كالمعتاد، لن يعود سلوك التطبيق محددًا. بسبب تلف الذاكرة، قد يتعطل التطبيق في وقت محدد بشكل عشوائي في المستقبل، أو قد يستمر بدون أي تأثير مرئي للمستخدم.
- يتم إيقاف GWP-ASan القابل للاسترداد بعد تفريغ تقرير الأعطال. لذلك، لا يمكن للتطبيق الحصول إلا على تقرير GWP-ASan واحد قابل للاسترداد لكل عملية تشغيل للتطبيق.
- إذا تم تثبيت معالِج إشارة مخصّص في التطبيق، لن يتم استدعاؤه أبدًا لمعالجة إشارة SIGSEGV التي تشير إلى خطأ قابل للاسترداد في GWP-ASan.
بما أنّ الأعطال في أداة GWP-ASan القابلة للاسترداد تشير إلى حالات حقيقية لتلف الذاكرة على أجهزة المستخدمين النهائيين، ننصحك بشدة بتحديد أولويات الأخطاء التي رصدتها أداة GWP-ASan القابلة للاسترداد وإصلاحها بأولوية عالية.
دعم مطوّر البرامج
توضّح هذه الأقسام المشاكل التي قد تحدث عند استخدام GWP-ASan وكيفية حلّها.
لا تتوفّر عمليات تتبُّع التخصيص/إلغاء التخصيص
إذا كنت بصدد تشخيص عطل أصلي يبدو أنّه لا يتضمّن إطارات تخصيص الذاكرة أو إلغاء تخصيصها، من المرجّح أنّ تطبيقك لا يتضمّن مُشيرات الإطارات. تستخدِم أداة GWP-ASan مؤشرات الإطارات لتسجيل عمليات تتبُّع تخصيص الذاكرة وإلغاء تخصيصها لأسباب تتعلّق بالأداء، ولا يمكنها إلغاء تتبُّع تسلسل استدعاء الدوال البرمجية إذا لم تكن هذه المؤشرات متوفرة.
تكون مؤشرات الإطار مفعَّلة تلقائيًا على أجهزة arm64، وتكون غير مفعَّلة تلقائيًا على أجهزة arm32. بما أنّ التطبيقات لا تتحكّم في libc، فإنه (بشكل عام)
لا يمكن لمجموعة GWP-ASan جمع عمليات تتبُّع تخصيص الذاكرة أو إلغاء تخصيصها لملفّات تنفيذية أو تطبيقات 32 بت. يجب أن تضمن تطبيقات 64 بت عدم
استخدامها -fomit-frame-pointer حتى تتمكّن أداة GWP-ASan من جمع عمليات تتبُّع تسلسل استدعاء الدوال البرمجية لعمليات تخصيص الذاكرة
وإزالتها.
إعادة إنشاء انتهاكات السلامة
تم تصميم GWP-ASan لرصد انتهاكات أمان ذاكرة الشريحة على أجهزة المستخدمين. يوفّر GWP-ASan أكبر قدر ممكن من السياق حول العُطل (تتبُّع الوصول إلى الانتهاك وسلسلة السبب وتتبُّع عمليات التخصيص/إلغاء التخصيص)، ولكن قد يظل من الصعب استنتاج كيفية حدوث الانتهاك. نظرًا لأنّ رصد الأخطاء يعتمد على الاحتمالية، غالبًا ما يكون من الصعب إعادة إنشاء تقارير GWP-ASan على جهاز محلي.
في هذه الحالات، إذا كان الخلل يؤثر في الأجهزة التي تعمل بنظام التشغيل 64 بت، يجب استخدام HWAddressSanitizer (HWASan). يرصد HWASan انتهاكات أمان الذاكرة بشكل موثوق في الذاكرة المؤقتة والذاكرة العشوائية والمتغيرات الشاملة. قد يؤدي تشغيل تطبيقك باستخدام HWASan إلى إعادة إنتاج النتيجة نفسها التي يتم الإبلاغ عنها من خلال GWP-ASan بشكل موثوق.
في الحالات التي لا يكون فيها تشغيل تطبيقك ضمن HWASan كافيًا لتحديد السبب الأساسي للخطأ، يجب محاولة تعذير الرمز المعني. يمكنك استهداف جهودك في البحث عن الأخطاء البرمجية استنادًا إلى المعلومات الواردة في تقرير GWP-ASan، الذي يمكنه رصد وكشف المشاكل الأساسية في صحة الرمز البرمجي بشكل موثوق.
مثال
يتضمّن هذا المثال على رمز برمجي أصلي خطأً في استخدام الذاكرة العشوائية بعد تحريرها:
#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));
}
في عملية التشغيل التجريبي باستخدام مثال الرمز البرمجي أعلاه، تمكّنت أداة GWP-ASan من رصد استخدام غير القانوني وعرض تقرير الأعطال أدناه. تحسين GWP-ASan تلقائيًا للتقرير من خلال تقديم معلومات عن نوع العُطل، وبيانات التعريف المتعلّقة بالتخصيص، ومسارات التتبّع المتعلّقة بعمليات التخصيص والإزالة
*** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** ***
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)
...
مزيد من المعلومات
للاطّلاع على مزيد من المعلومات حول تفاصيل تنفيذ GWP-ASan، يُرجى الاطّلاع على مستندات LLVM. للاطّلاع على مزيد من المعلومات عن تقارير الأعطال في التطبيقات الأصلية لنظام التشغيل Android، يُرجى الاطّلاع على مقالة تشخيص الأعطال في التطبيقات الأصلية.