AddressSanitizer assistida por hardware

Consulte Noções básicas sobre os relatórios do HWASan para informações sobre como ler falhas do HWASan.

O Limpador de endereços assistido por hardware (HWASan) é uma ferramenta de detecção de erros de memória semelhante ao AddressSanitizer. O HWASan usa muito menos RAM em comparação com o ASan, o que o torna adequado para a limpeza de todo o sistema. O HWASan só está disponível no Android 10 e versões mais recentes, e apenas em hardware AArch64.

Embora seja principalmente útil para código C/C++, o HWASan também pode ajudar a depurar código Java que causa falhas em C/C++ usado para implementar interfaces Java. Ela é útil porque detecta erros de memória quando eles ocorrem, direcionando você diretamente para o código responsável.

É possível atualizar as imagens HWASan pré-criadas para dispositivos Pixel com suporte em ci.android.com (instruções de configuração detalhadas).

Em comparação com o ASan clássico, o HWASan tem:

• Sobrecarga de CPU semelhante (~2x)
• Sobrecarga de tamanho de código semelhante (40 a 50%)
• Sobrecarga de RAM muito menor (10% a 35%)

O HWASan detecta o mesmo conjunto de bugs do ASan:

• Overflow/underflow do buffer de heap e pilha
• Uso de heap depois da liberação de memória
• Uso de pilha fora do escopo
• Double free/wild free

Além disso, o HWASan detecta o uso da pilha após o retorno.

O HWASan (igual ao ASan) é compatível com UBSan. Ambos podem ser ativados em um destino ao mesmo tempo.

Detalhes e limitações da implementação

O HWASan é baseado na abordagem de tag na memória, em que um pequeno valor de tag aleatório é associado a ponteiros e a intervalos de endereços de memória. Para que um acesso à memória seja válido, as tags de ponteiro e de memória precisam ser correspondentes. O HWASan depende do recurso Top Byte Ignore (TBI) da ARMv8, também chamado de inclusão de tags de endereço virtual, para armazenar a tag do ponteiro nos bits mais altos do endereço.

Saiba mais sobre o design do HWASan (link em inglês) no site de documentação do Clang.

Por padrão, o HWASan não tem as zonas vermelhas de tamanho limitado do ASan para detectar estouros ou a quarentena de capacidade limitada do ASan para detectar o uso após a liberação. Por esse motivo, o HWASan pode detectar um bug independentemente do tamanho do overflow ou de quanto tempo atrás a memória foi desalocada. Isso dá ao HWASan uma grande vantagem sobre o ASan.

No entanto, o HWASan tem um número limitado de valores de tag possíveis (256), o que significa que há uma probabilidade de 0,4% de não encontrar nenhum bug durante uma execução do programa.

Requisitos

As versões recentes (4.14 ou mais recentes) do kernel comum do Android são compatíveis com o HWASan. As ramificações específicas do Android 10 não oferecem suporte ao HWASan.

O suporte ao espaço do usuário para HWASan está disponível a partir do Android 11.

Se você estiver trabalhando com um kernel diferente, o HWASan exige que o kernel do Linux aceite ponteiros marcados em argumentos de chamada do sistema. O suporte a isso foi implementado nos seguintes conjuntos de patches upstream:

• ABI de endereço com tag arm64
• arm64: remover a tag dos ponteiros do usuário transmitidos para o kernel
• mm: evite criar aliases de endereços virtuais em brk()/mmap()/mremap()
• arm64: validar endereços marcados em access_ok() chamado de linhas de execução do kernel

Se você estiver criando com um conjunto de ferramentas personalizado, verifique se ele inclui tudo até a confirmação do LLVM c336557f.

Usar o HWASan

Use os seguintes comandos para criar toda a plataforma com o HWASan:

lunch aosp_walleye-userdebug # (or any other product)
export SANITIZE_TARGET=hwaddress
m -j

Por conveniência, você pode adicionar a configuração SANITIZE_TARGET a uma definição de produto, semelhante a aosp_coral_hwasan.

Grande parte da complexidade do build desapareceu para usuários familiarizados com o AddressSanitizer:

• Não é necessário executar o Make duas vezes.
• Builds incrementais funcionam imediatamente.
• Não é necessário atualizar o userdata.

Algumas restrições do AddressSanitizer também foram removidas:

• Os executáveis estáticos são compatíveis.
• É possível pular a limpeza de qualquer destino que não seja libc. Ao contrário do ASan, não é necessário que, se uma biblioteca for limpa, qualquer executável que a vincule também precisará ser.

A alternância entre o HWASan e imagens regulares no mesmo número de build (ou superior) pode ser feita livremente. Não é necessário limpar o dispositivo.

Para pular a limpeza de um módulo, use LOCAL_NOSANITIZE := hwaddress (Android.mk) ou sanitize: { hwaddress: false } (Android.bp).

Limpar destinos individuais

O HWASan pode ser ativado por destino em um build normal (não limpo), desde que libc.so também seja limpo. Adicione hwaddress: true ao bloco de limpeza em "libc_defaults" em bionic/libc/Android.bp. Em seguida, faça o mesmo no destino em que você está trabalhando.

Observe que a limpeza da libc permite a inclusão de tags de alocações de memória de heap em todo o sistema, bem como a verificação das tags para operações de memória dentro de libc.so. Isso pode detectar bugs mesmo em binários em que o HWASan não estava ativado se o acesso inválido à memória estiver em libc.so (por exemplo, pthread_mutex_unlock() em um mutex com delete()).

Não será necessário alterar nenhum arquivo de build se toda a plataforma for criada com o HWASan.

FlashStation

Para fins de desenvolvimento, é possível atualizar um build do AOSP com suporte a HWASan em um dispositivo Pixel com o carregador de inicialização desbloqueado usando a Flashstation. Selecione o destino "_hwasan", por exemplo, aosp_flame_hwasan-userdebug. Consulte a documentação do NDK para HWASan para desenvolvedores de apps para mais detalhes.

Stack traces melhores

O HWASan usa um unwinder rápido baseado em ponteiro de frame para registrar um stack trace para cada evento de alocação e desalocação de memória no programa. O Android ativa ponteiros de frame no código AArch64 por padrão, então isso funciona muito bem na prática. Se você precisar liberar por meio do código gerenciado, defina HWASAN_OPTIONS=fast_unwind_on_malloc=0 no ambiente de processo. Os rastros de pilha de acesso a memória incorretos usam o unwinder "lento" por padrão. Essa configuração afeta apenas rastros de alocação e desalocação. Essa opção pode exigir muito da CPU, dependendo da carga.

Simbolização

Consulte Simulação em "Noções básicas sobre os relatórios do HWASan".

HWASan em apps

Assim como o AddressSanitizer, o HWASan não pode acessar o código Java, mas pode detectar bugs nas bibliotecas JNI. Até o Android 14, a execução de apps HWASan em um dispositivo não HWASan não era compatível.

Em um dispositivo HWASan, os apps podem ser verificados com o HWASan criando o código com SANITIZE_TARGET:=hwaddress no Make ou -fsanitize=hwaddress nas flags do compilador. Em um dispositivo que não usa o HWASan (com o Android 14 ou mais recente), é necessário adicionar uma configuração de arquivo wrap.sh LD_HWASAN=1. Consulte a documentação para desenvolvedores de apps para mais detalhes.