AddressSanitizer hỗ trợ phần cứng

Hãy xem bài viết Tìm hiểu báo cáo HWASan để biết thông tin về cách đọc các sự cố HWASan!

AddressSanitizer (HWASan) có sự hỗ trợ của phần cứng là một lỗi bộ nhớ công cụ phát hiện tương tự như AddressSanitizer. HWASan sử dụng ít RAM hơn nhiều so với ASan, điều này phù hợp với dọn dẹp toàn bộ hệ thống. HWASan chỉ có trên Android 10 trở lên và chỉ có trên phần cứng AArch64.

Mặc dù chủ yếu hữu ích cho mã C/C++, HWASan cũng có thể giúp gỡ lỗi mã Java khiến sự cố trong C/C++ dùng để triển khai giao diện Java. Điều này rất hữu ích vì nó phát hiện lỗi bộ nhớ khi lỗi xảy ra, đưa bạn trực tiếp đến mã chịu trách nhiệm.

Bạn có thể truyền nhanh hình ảnh HWASan tạo sẵn sang các thiết bị Pixel được hỗ trợ từ ci.android.com (hướng dẫn thiết lập chi tiết).

So với ASan cũ, HWASan có:

  • Mức hao tổn CPU tương tự (~2x)
  • Mức hao tổn kích thước mã tương tự (40 – 50%)
  • Mức hao tổn RAM thấp hơn nhiều (10% – 35%)

HWASan phát hiện cùng một nhóm lỗi như ASan:

  • Chặn tràn (overflow)/chặn trống (underflow) cho ngăn xếp (stack) và bộ nhớ khối xếp (heap)
  • Sử dụng bộ nhớ khối xếp sau khi giải phóng
  • Sử dụng ngăn xếp bên ngoài phạm vi
  • Giải phóng hai lần/giải phóng bộ nhớ chưa được cấp phát trước đó

Ngoài ra, HWASan còn phát hiện việc sử dụng ngăn xếp sau khi trả về.

HWASan (tương tự như ASan) tương thích với UBSan, cả hai đều có thể được bật trên một mục tiêu cùng một lúc.

Thông tin chi tiết và giới hạn về việc triển khai

HWASan dựa trên phương pháp gắn thẻ bộ nhớ, trong đó một giá trị thẻ ngẫu nhiên nhỏ được liên kết với cả con trỏ và phạm vi địa chỉ bộ nhớ. Để quyền truy cập vào bộ nhớ hợp lệ, con trỏ và thẻ bộ nhớ phải khớp với nhau. HWASan dựa vào tính năng bỏ qua byte quan trọng nhất (TBI) của ARMv8, còn gọi là gắn thẻ địa chỉ ảo, để lưu trữ thẻ con trỏ trong các bit cao nhất của địa chỉ.

Bạn có thể đọc thêm về thiết kế của HWASan trên trang web tài liệu Clang.

Theo thiết kế, HWASan không có vùng màu đỏ có kích thước hạn chế của ASan để phát hiện tình trạng tràn bộ nhớ hoặc vùng cách ly có dung lượng hạn chế của ASan để phát hiện lỗi sử dụng sau khi giải phóng. Vì lý do này, HWASan có thể phát hiện lỗi bất kể phần bị tràn có kích thước lớn đến mức nào hoặc bộ nhớ đó cách đây bao lâu đã được giải quyết. Điều này mang lại cho HWASan một lợi thế lớn so với ASan.

Tuy nhiên, HWASan có số lượng giá trị thẻ giới hạn (256), có nghĩa là xác suất bỏ lỡ bất kỳ lỗi nào là 0,4% trong một lần chạy chương trình.

Yêu cầu

Phiên bản gần đây (4.14 trở lên) của hỗ trợ nhân hệ điều hành Android phổ biến HWASan ngay từ đầu. Các nhánh dành riêng cho Android 10 không hỗ trợ HWASan.

Tính năng hỗ trợ không gian người dùng dành cho HWASan hiện có từ Android 11.

Nếu bạn đang làm việc với một nhân hệ điều hành khác, HWASan yêu cầu nhân hệ điều hành Linux phải chấp nhận con trỏ được gắn thẻ trong đối số lệnh gọi hệ thống. Hỗ trợ cho việc này đã được triển khai trong các nhóm bản vá ngược sau:

Nếu bạn đang tạo bằng một chuỗi công cụ tuỳ chỉnh, hãy đảm bảo rằng chuỗi công cụ đó bao gồm mọi thứ cho đến thay đổi c336557f của LLVM.

Sử dụng HWASan

Sử dụng các lệnh sau để tạo toàn bộ nền tảng bằng HWASan: 

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

Để thuận tiện, bạn có thể thêm cài đặt SANITIZE_TARGET vào định nghĩa sản phẩm, tương tự với aosp_coral_hwasan.

Đối với những người dùng quen thuộc với AddressSanitizer, rất nhiều việc xây dựng phức tạp đã không còn nữa:

  • Không cần chạy make hai lần.
  • Các bản dựng gia tăng hoạt động tốt.
  • Không cần phải cài đặt ROM dữ liệu người dùng.

Một số hạn chế của AddressSanitizer cũng không còn nữa:

  • Hỗ trợ các tệp thực thi tĩnh.
  • Bạn có thể bỏ qua bước dọn dẹp bất kỳ mục tiêu nào không phải libc. Không giống như ASan, không có yêu cầu nào về việc nếu một thư viện được dọn dẹp thì mọi tệp thực thi liên kết với thư viện đó cũng phải được dọn dẹp.

Bạn có thể chuyển đổi giữa HWASan và các hình ảnh thông thường ở cùng số bản dựng (hoặc cao hơn) được thực hiện một cách tự do. Không cần phải xoá thiết bị.

Để bỏ qua quy trình dọn dẹp mô-đun, hãy sử dụng LOCAL_NOSANITIZE := hwaddress (Android.mk) hoặc sanitize: { hwaddress: false } (Android.bp).

Xoá dữ liệu rác khỏi từng mục tiêu

Bạn có thể bật HWASan cho mỗi mục tiêu trong bản dựng thông thường (chưa được dọn dẹp), miễn là libc.so cũng đã được dọn dẹp. Thêm hwaddress: true vào khối dọn dẹp trong "libc_defaults" trong bionic/libc/Android.bp. Sau đó, làm tương tự với mục tiêu bạn đang thực hiện.

Xin lưu ý rằng việc dọn dẹp libc cho phép gắn thẻ các lượt phân bổ bộ nhớ khối xếp trên toàn hệ thống, cũng như kiểm tra các thẻ cho các thao tác bộ nhớ bên trong libc.so. Điều này có thể phát hiện lỗi ngay cả trong các tệp nhị phân mà HWASan không được bật nếu quyền truy cập bộ nhớ không hợp lệ nằm trong libc.so (ví dụ: pthread_mutex_unlock() trên một mutex delete()).

Bạn không cần thay đổi bất kỳ tệp bản dựng nào nếu toàn bộ nền tảng được xây dựng bằng HWASan.

Bộ nhớ flash

Đối với mục đích phát triển, bạn có thể cài đặt ROM bản dựng AOSP hỗ trợ HWASan lên thiết bị Pixel có trình tải khởi động đã mở khoá bằng Flashstation. Chọn mục tiêu _hwasan, ví dụ: aosp_flame_hwasan-userdebug. Hãy xem tài liệu NDK về HWASan dành cho nhà phát triển ứng dụng để biết thêm thông tin chi tiết.

Dấu vết ngăn xếp chính xác hơn

HWASan sử dụng bộ tháo dỡ (unwinder) nhanh dựa trên con trỏ khung để ghi lại một ngăn xếp theo dõi mọi sự kiện phân bổ và giải phóng bộ nhớ trong . Theo mặc định, Android bật con trỏ khung trong mã AArch64, vì vậy, cách này hoạt động rất hiệu quả trong thực tế. Nếu bạn cần thư giãn mã được quản lý, đặt HWASAN_OPTIONS=fast_unwind_on_malloc=0 trong môi trường tiến trình. Xin lưu ý rằng theo mặc định, các dấu vết ngăn xếp truy cập bộ nhớ không hợp lệ sẽ sử dụng trình gỡ lỗi "chậm"; chế độ cài đặt này chỉ ảnh hưởng đến các dấu vết phân bổ và giải phóng. Lựa chọn này có thể rất Tốn CPU, tuỳ thuộc vào tải.

Biểu tượng hoá

Xem phần Biểu tượng hoá trong bài viết "Tìm hiểu báo cáo HWASan".

HWASan trong ứng dụng

Tương tự như AddressSanitizer, HWASan không thể xem mã Java, nhưng có thể phát hiện lỗi trong thư viện JNI. Cho đến Android 14, việc chạy ứng dụng HWASan trên thiết bị không phải HWASan không được hỗ trợ.

Trên thiết bị HWASan, bạn có thể kiểm tra ứng dụng bằng HWASan bằng cách tạo mã bằng SANITIZE_TARGET:=hwaddress trong Make hoặc -fsanitize=hwaddress trong cờ trình biên dịch. Trên thiết bị không phải HWASan (chạy Android 14 trở lên), bạn phải thêm chế độ cài đặt tệp wrap.sh LD_HWASAN=1. Xem tài liệu dành cho nhà phát triển ứng dụng để biết thêm chi tiết.