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HWAddressSanitizer

Android NDK は、NDK r21 および Android 10（API レベル 29）以降で HWAddressSanitizer（HWASan）をサポートしています。HWASan は 64 ビットの Arm デバイスでのみ使用できます。

HWASan は ASan と似たメモリエラー検出ツールです。従来の ASan と比較した HWASan の特徴を次に示します。

CPU オーバーヘッドは同程度（～2 倍）
コードサイズオーバーヘッドは同程度（40～50%）
RAM オーバーヘッドは大幅に少ない（10～35%）

HWASan は ASan と同じ種類のバグを検出します。

スタックとヒープのバッファオーバーフローまたはアンダーフロー
解放後のヒープ使用
スコープ外のスタック使用
二重解放またはワイルド解放

さらに、HWASan は以下も検出します。

返却後のスタック使用

サンプルアプリ

サンプルアプリは、HWASan 用にビルドバリアントを構成する方法を示しています。

ビルド

HWAddressSanitizer を使用してアプリのネイティブ（JNI）コードをビルドする手順は次のとおりです。

ndk-build

Application.mk ファイルに以下の行を追加します。

APP_STL := c++_shared # Or system, or none, but not c++_static.
APP_CFLAGS := -fsanitize=hwaddress -fno-omit-frame-pointer
APP_LDFLAGS := -fsanitize=hwaddress

CMake

モジュールの build.gradle ファイルに以下の行を追加します。

android {
    defaultConfig {
        externalNativeBuild {
            cmake {
                # Can also use system or none as ANDROID_STL, but not c++_static.
                arguments "-DANDROID_STL=c++_shared"
            }
        }
    }
}

CMakeLists.txt 内の各ターゲットごとに、以下のように指定します。

target_compile_options(${TARGET} PUBLIC -fsanitize=hwaddress -fno-omit-frame-pointer)
target_link_options(${TARGET} PUBLIC -fsanitize=hwaddress)

NDK 27 以降では、build.gradle で次のように使用することもできます。CMakeLists.txt を変更する必要はありません。

android {
    defaultConfig {
        externalNativeBuild {
            cmake {
                arguments "-DANDROID_SANITIZE=hwaddress"
            }
        }
    }
}

ANDROID_USE_LEGACY_TOOLCHAIN_FILE=false を使用している場合、これは機能しません。

Android 14 以降: wrap.sh を追加

Android 14 以降を実行している場合は、wrap.sh スクリプトを使用して任意の Android 搭載デバイスでデバッグ可能アプリを実行できます。セットアップ手順の手順に沿って操作する場合は、この手順をスキップできます。

wrap.sh スクリプトをパッケージ化する手順に沿って、arm64-v8a に次の wrap.sh スクリプトを追加します。

#!/system/bin/sh
LD_HWASAN=1 exec "$@"

実行

Android バージョンが 14 より前の場合や、wrap.sh スクリプトを追加していない場合は、アプリを実行する前に設定手順に沿って操作してください。

通常どおりアプリを実行します。メモリエラーが検出されると、アプリは SIGABRT でクラッシュし、logcat に詳細なメッセージが出力されます。メッセージのコピーは /data/tombstones のファイル内にあり、次のように表示されます。

ERROR: HWAddressSanitizer: tag-mismatch on address 0x0042a0826510 at pc 0x007b24d90a0c
WRITE of size 1 at 0x0042a0826510 tags: 32/3d (ptr/mem) in thread T0
    #0 0x7b24d90a08  (/data/app/com.example.hellohwasan-eRpO2UhYylZaW0P_E0z7vA==/lib/arm64/libnative-lib.so+0x2a08)
    #1 0x7b8f1e4ccc  (/apex/com.android.art/lib64/libart.so+0x198ccc)
    #2 0x7b8f1db364  (/apex/com.android.art/lib64/libart.so+0x18f364)
    #3 0x7b8f2ad8d4  (/apex/com.android.art/lib64/libart.so+0x2618d4)

0x0042a0826510 is located 0 bytes to the right of 16-byte region [0x0042a0826500,0x0042a0826510)
allocated here:
    #0 0x7b92a322bc  (/apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libclang_rt.hwasan-aarch64-android.so+0x212bc)
    #1 0x7b24d909e0  (/data/app/com.example.hellohwasan-eRpO2UhYylZaW0P_E0z7vA==/lib/arm64/libnative-lib.so+0x29e0)
    #2 0x7b8f1e4ccc  (/apex/com.android.art/lib64/libart.so+0x198ccc)

アプリ内のライブスレッドのリスト、隣接するメモリ割り当てのタグ、CPU レジスタ値など、追加のデバッグ情報がメッセージの後に続く場合もあります。

HWASan エラーメッセージの詳細については、HWASan レポートについてをご覧ください。

コマンドライン実行可能ファイルのビルド

Android 14 以降では、HWASan で計測された実行可能ファイルをビルドして実行できます。実行可能ファイルの ndk-build または CMake には、ビルドで説明されている構成と同じ構成を使用できます。実行可能ファイルを Android 14 以降を搭載したデバイスに push し、シェルを使用して通常どおり実行します。

libc++ を使用している場合は、共有 STL を使用していることを確認し、デバイスに push して、バイナリを実行するときに LD_LIBRARY_PATH をそのディレクトリに設定します。

Gradle を使用していない場合は、NDK のドキュメントで、CMake と ndk-build を使用してコマンドラインからビルドする方法をご覧ください。

Android 13 以前: セットアップ

Android 14 以降を搭載したデバイスの場合は、この手順をスキップして、ビルドセクションの wrap.sh を使用する手順に沿って操作してください。また、このセクションの手順をスキップせず、wrap.sh を使用する手順をスキップすることもできます。

Android 14 より前のバージョンの場合、HWASan アプリを実行するには Android の HWASan ビルドが必要です。サポートされている Pixel デバイスに、事前ビルド済みの HWASan イメージをフラッシュできます。ビルドは ci.android.com で入手できます。ここで必要なビルドの正方形をクリックすると、[Flash Build] リンクが表示されます。そのためには、使用しているスマートフォンのコードネームを知る必要があります。

デバイスのビルドをフラッシュする

このフローは、最初にデバイスを検出した後、使用可能なビルドのみを表示します。したがって、flash.android.com に直接アクセスするほうが簡単な場合があります。以下の画像は、このツールの設定フローを示しています。

デバイスでデベロッパーモードを有効にし、USB ケーブルを使用してデバイスをパソコンに接続します。[Add new device] をクリックし、ダイアログからデバイスを選択して、[Connect] をクリックします。

フラッシュするデバイスを検出する接続するデバイスを選択する

デバイスが接続されたら、デバイスをクリックしてビルドを構成します。[Select a build ID] ボックスで aosp-master-with-phones-throttled ブランチを選択すると、接続したデバイス用の正しいイメージが自動的に選択されます。

フラッシュするデバイスを選択するフラッシュオプションを確認してデバイスをフラッシュする

[Install] をクリックしてデバイスをフラッシュします。

必要な設定の詳細については、Android Flash Tool のドキュメントをご覧ください。または、ソースから HWASan イメージをビルドすることもできます。その手順については、AOSP のドキュメントで確認してください。