專利名稱：一種檢測內(nèi)存訪問越界的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測內(nèi)存訪問越界的方法，具體地說，尤指嵌入式實(shí) 時(shí)系統(tǒng)中檢測應(yīng)用程序在使用所申請的內(nèi)存塊的過程中是否存在內(nèi)存寫 入越界的情況，并提示相關(guān)的異常信息。
背景技術(shù)：
在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的使用頻率相當(dāng)高，尤其是需 要頻繁地申請和釋放內(nèi)存。而嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供的動態(tài)內(nèi)存管理方 法是針對一般情況的，為應(yīng)用程序提供內(nèi)存申請和釋放的接口， 一方面， 調(diào)用這些接口的執(zhí)行效率比較低，另一方面，頻繁調(diào)用這些接口申請和釋 放內(nèi)存會形成過多的內(nèi)存碎片，不僅影響執(zhí)行效率，也造成內(nèi)存浪費(fèi)。
目前，在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用軟件開發(fā)時(shí)，大多數(shù)情況下，會 在操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上形成適合自身需求的內(nèi)存管理方法，對操作系統(tǒng)的內(nèi)存 管理接口進(jìn)行封裝，提供給應(yīng)用程序使用。這樣的內(nèi)存管理方法可能是多
種多樣的，但一般具有一些基本的共同特征首先通過一次或多次調(diào)用操 作系統(tǒng)的申請內(nèi)存接口創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存池，內(nèi)存池由各種固定大小的內(nèi)存塊 組成， 一般相同大小的內(nèi)存塊組成一個(gè)區(qū)域，通過鏈表或其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來 維護(hù)內(nèi)存池；應(yīng)用程序申請內(nèi)存時(shí)，給其分配一個(gè)不小于所申請大小的可 用內(nèi)存塊。所分配的內(nèi)存塊往往大于所申請大小，內(nèi)存塊中超出申請大小 的部分為空閑區(qū)，應(yīng)用考呈序不應(yīng)該-沐問該區(qū)i或。
應(yīng)用程序申請到內(nèi)存塊后得到一個(gè)內(nèi)存指針，通過該指針可以對內(nèi)存 塊區(qū)域進(jìn)行讀寫操作。很多情況下，由于程序代碼編寫上的疏忽，會造成 內(nèi)存訪問越界問題，比如，寫入時(shí)超出了所申請內(nèi)存塊的地址范圍，覆蓋 了其它內(nèi)存區(qū)域，可能造成程序運(yùn)行異常。有時(shí)，雖然沒有超出內(nèi)存塊的
地址范圍，但已超出了所申請大小，也就是覆蓋了內(nèi)存塊中的空閑區(qū)，這 種情況不一定造成程序運(yùn)行異常，但同樣屬于程序代碼錯(cuò)誤，如不及時(shí)發(fā) 現(xiàn)也是程序運(yùn)行中的隱患。
現(xiàn)有技術(shù)中，為解決內(nèi)存訪問越界問題，試圖實(shí)時(shí)檢測出內(nèi)存訪問越 界情況，要求應(yīng)用程序的內(nèi)存訪問操作都通過專門封裝的接口進(jìn)行，在接 口中對訪問的內(nèi)存地址和范圍進(jìn)行檢查，進(jìn)而判斷是否存在訪問越界。優(yōu)
點(diǎn)是一定程度上能實(shí)時(shí)檢測出內(nèi)存越界情況，但是有如下缺點(diǎn)首先，應(yīng) 用程序?qū)?nèi)存的讀寫操作都需要通過封裝接口進(jìn)行，必然會大大降低系統(tǒng) 運(yùn)行效率，這對嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)來說是不可接受的；其次，應(yīng)用程序?qū)λ?申請內(nèi)存的使用方式是任意的，可以直接通過內(nèi)存指針訪問其中的地址， 也可以存放某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，如果全部需要通過封裝接口進(jìn)行，會給 程序代碼的編寫造成極大的不便；最后，實(shí)現(xiàn)這種內(nèi)存檢測方法需要提供 專門的內(nèi)存管理方法，不能將其方便地應(yīng)用到其它內(nèi)存管理方法中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種檢測內(nèi)存訪問越界的方法，
以解決內(nèi)存訪問越界問題，尤指嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中檢測應(yīng)用程序在使用所
申請的內(nèi)存塊的過程中是否存在內(nèi)存寫入越界的情況，并提示相關(guān)的異常 狀臺
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種檢測內(nèi)存訪問越界的方法，在 應(yīng)用程序使用從內(nèi)存池中申請的內(nèi)存塊的過程中，檢測是否存在內(nèi)存寫入 越界的情況，其包括如下步驟
(1) 創(chuàng)建內(nèi)存池時(shí)，如杲初始化一個(gè)可用空間大小為Size的內(nèi)存塊， 則需要為其分配的全部內(nèi)存空間為可用空間大小Size加上需要為該內(nèi)存 塊添加的前端信息和尾端信息所占空間大小之和，其中，所述尾端信息包 括保護(hù)字信息、空閑區(qū)長度信息；
(2) 應(yīng)用程序申請內(nèi)存時(shí)，如果為其找到一個(gè)合適的內(nèi)存塊，則將 所述內(nèi)存塊的尾端信息中的保護(hù)字設(shè)定為保護(hù)標(biāo)記，將空閑區(qū)長度設(shè)定為
內(nèi)存塊大小Size減去用戶申請大小的值，如果空閑區(qū)長度不為零，則在 從所述空閑區(qū)起始地址開始，在預(yù)設(shè)區(qū)域填充保護(hù)標(biāo)記；
(3) 應(yīng)用程序釋放內(nèi)存時(shí)，檢測尾端信息中的保護(hù)字是否為設(shè)定的 保護(hù)標(biāo)記，如果不是，則提示內(nèi)存訪問越界的異常信息；如果保護(hù)字是設(shè) 定的保護(hù)標(biāo)記，則檢測空閑區(qū)中已填充保護(hù)標(biāo)記的區(qū)域，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某處不是 設(shè)定的保護(hù)標(biāo)記時(shí)，提示內(nèi)存訪問越界的異常信息。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的方法，其步驟(l)中進(jìn)一步包括所述前 端信息包括頭部信息、申請代碼地址信息，所述內(nèi)存塊可用空間在實(shí)際使 用時(shí)分為用戶數(shù)據(jù)區(qū)與空閑區(qū)；
步驟(2)中進(jìn)一步包括所述內(nèi)存塊的前端信息中填寫頭部信息， 并將申請代碼地址設(shè)定為所獲得的調(diào)用申請內(nèi)存接口的代碼地址；
步驟(3)中進(jìn)一步包括所述提示內(nèi)存訪問越界的異常信息中包括 申請代碼地址信息。
進(jìn)一步地，其所述步驟(2)中，如果應(yīng)用程序只有一個(gè)代碼段，則 在申請代碼地址信息中只需記錄偏移地址；如杲應(yīng)用程序包舍多個(gè)代碼 段，則在申請代碼地址信息中進(jìn)一步記錄代碼的段地址。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的方法，其所述步驟(2)中，尾端信息中的 保護(hù)字設(shè)定的保護(hù)標(biāo)記為特殊的不常見的數(shù)值；在空閑區(qū)中填充的保護(hù)標(biāo) 記為特殊的不常見的數(shù)值；在空閑區(qū)中填充保護(hù)標(biāo)記的預(yù)定區(qū)域的長度， 根據(jù)實(shí)際需要和策略確定。
本發(fā)明所述的方法，其進(jìn)一步包括
(4) 根據(jù)所述提示內(nèi)存訪問越界的異常信息中包括的申請代碼地址 信息，在程序代碼中進(jìn)行定位，確定所述內(nèi)存塊是在何處申請的，并進(jìn)而 確定所述內(nèi)存塊使用過程中存在的寫入越界情況。
進(jìn)一步地，其步驟(2)所述調(diào)用申請內(nèi)存接口的代碼地址，通過一 個(gè)接口函數(shù)獲得，該接口函數(shù)當(dāng)在某個(gè)函數(shù)FuncA中調(diào)用時(shí)，其返回值 為調(diào)用F皿cA的代碼的地址；其所述接口函數(shù)根據(jù)堆棧中函數(shù)調(diào)用鏈，
向后回溯，取得調(diào)用FuncA函數(shù)時(shí)的返回地址，并將該返回地址作為 FuncA函數(shù)的調(diào)用代碼地址。
本發(fā)明所迷方法的出發(fā)點(diǎn)，不是實(shí)時(shí)檢測內(nèi)存訪問越界情況，而是在 應(yīng)用程序釋放內(nèi)存時(shí)檢測該內(nèi)存塊的使用過程中是否存在內(nèi)存寫入越界 情況，完全不會影響現(xiàn)有內(nèi)存管理系統(tǒng)中應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的使用。本發(fā)明 所述方法不僅檢查內(nèi)存塊尾部保護(hù)字，還檢查空閑區(qū)，進(jìn)行了非常完全的 檢查；其次，本發(fā)明所述方法提示內(nèi)存訪問越界的異常信息時(shí)，包括了申 請代碼地址信息，根據(jù)此信息在程序代碼中可以進(jìn)行定位，確定該內(nèi)存塊 是在何處申請的，進(jìn)而分析確定內(nèi)存塊使用過程中存在的寫入越界情況， 極大地方便了軟件開發(fā)人員分析出代碼中的問題。本發(fā)明所述的方法對現(xiàn) 有內(nèi)存管理方法的改動很小，能很容易應(yīng)用到現(xiàn)有的內(nèi)存管理系統(tǒng)中，具 有很強(qiáng)的實(shí)用性。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例所述的現(xiàn)有內(nèi)存管理方法維護(hù)的內(nèi)存塊信息的 示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述的內(nèi)存塊增加前端和尾端的保護(hù)信息后的 示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明實(shí)施例所述的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
如圖l所示，現(xiàn)有的內(nèi)存管理系統(tǒng)中， 一般在內(nèi)存塊前端定義有前端 信息，用于管理和維護(hù)內(nèi)存塊，而在內(nèi)存塊后端不定義或很少定義尾端信 息，為實(shí)施例描述簡單起見，后面描述中假設(shè)沒有定義尾端信息，盡管如 此，本發(fā)明的方法同樣適用于定義有尾端信息的內(nèi)存管理方法。
如圖2所示，本發(fā)明所述方法在現(xiàn)有前端信息的結(jié)構(gòu)中增加申請代碼 地址信息103。 一般情況下，在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，應(yīng)用程序只有一個(gè)代
碼段，因此只需記錄偏移地址。如果應(yīng)用程序包含多個(gè)代碼段，則還需要 在申請代碼地址信息中增加記錄代碼的段地址。為實(shí)施例描述簡單起見，
后面描述中假設(shè)只有一個(gè)代碼段。新的前端信息結(jié)構(gòu)的c語言定義示例
為
typedef struct tagHead
....../*現(xiàn)有的頭部信息成員*/
unsigned long GetEIP; } THea山
GetEIP的類型可根據(jù)CPU類型來確定,如上所述示例是在32位CPU 系統(tǒng)中的定義。
本發(fā)明所述的方法在內(nèi)存塊尾端增加尾端保護(hù)信息，包括保護(hù)字104 和空閑區(qū)長度105。結(jié)構(gòu)定義示例為
typedef struct tagTail
unsigned long TailTag; unsigned short UnusedSize; } TTail;
根據(jù)本發(fā)明所述增加的前端和尾端保護(hù)信息，創(chuàng)建內(nèi)存池時(shí)，在現(xiàn)有 內(nèi)存管理方法&出上需要作一定改動，具體方法如下
(1 )初始化一個(gè)可用空間大小為Size的內(nèi)存塊時(shí)，實(shí)際需要分配的 內(nèi)存空間為THead大小、TTail大小和Size之和。
(2 )將THead中GetEIP設(shè)定為0。
(3 )將TTail中TailTag設(shè)定為MEM—TAILJTAG (尾端保護(hù)標(biāo)記)， 將TTail中UnusedSize設(shè)定為0。 MEM一TAILJTAG為一較特殊的不常見 的數(shù)值，如OxFCFCFCFC等。
根據(jù)本發(fā)明所述的方法，申請內(nèi)存接口需要在為應(yīng)用程序分配的內(nèi)存
塊前端和尾端設(shè)定保護(hù)信息，步驟如下
(1) 假設(shè)應(yīng)用程序所要申請的內(nèi)存大小為UsedSize,實(shí)際為其分配 的內(nèi)存塊大小為Size ( Size>=UsedSize)。
(2) 調(diào)用獲取當(dāng)前函數(shù)調(diào)用代碼地址的接口獲取調(diào)用該申請內(nèi)存接 口的代碼地址(申請代碼地址103 )，將THead中的GetEIP設(shè)定為申請 代碼地址信息。關(guān)于獲取當(dāng)前函數(shù)調(diào)用代碼地址的接口描述詳見后文描述。
(3 )將TTail中TailTag設(shè)定為MEM—TAILJTAG， U加sedSize設(shè)定 為Size-UsedSize。
(4)才艮據(jù)內(nèi)存塊頭部信息地址和所申請大小UsedSize，計(jì)算出空閑 區(qū)102起始地址。根據(jù)UnsedSize以及實(shí)際情況需要，確定空閑區(qū)102中 的保護(hù)長度ProtectSize，比如，Debug版本中ProtectSize等于UnusedSize, 而Release版本中為提高效率，限制ProtectSize不能超過預(yù)定的最大值。 從空閑區(qū)102起始地址開始，將ProtectSize大小的內(nèi)存區(qū)域中的每個(gè)字節(jié) 設(shè)定為MEM—UNUSED—TAG (空閑保護(hù)標(biāo)記)。MEM—UNUSED—TAG 為一較特殊的不常見的數(shù)值，如OxFC等。
根據(jù)本發(fā)明所述的方法，釋放內(nèi)存接口需要根據(jù)尾端信息中保護(hù)字 104以及空閑區(qū)105來檢測是否存在內(nèi)存寫入越界情況，步驟如下
(1 )根據(jù)輸入?yún)?shù)中的內(nèi)存指針可計(jì)算出內(nèi)存塊頭部信息101地址， 一般根據(jù)頭部信息101可取得內(nèi)存塊可用大小Size,再根據(jù)頭部信息101 地址和內(nèi)存可用大小Size計(jì)算出尾端信息地址。
(2)才艮據(jù)尾端信息地址讀出尾端信息中保護(hù)字104,檢查保護(hù)字104 是否是預(yù)先設(shè)定的值(MEM—TAIL—TAG )，如果是，繼續(xù)步驟(3)，否 則提示內(nèi)存訪問越界的異常信息，其中包括從前端信息中獲取的申請代碼 地址GetEIP。
(3 )根據(jù)尾端信息TTail中的UnusedSize,計(jì)算出空閑區(qū)102起始 地址，并才艮據(jù)申請內(nèi)存接口中相同策略確定空閑區(qū)保護(hù)長度ProtectSize。
從空閑區(qū)102起始地址開始，逐個(gè)檢查ProtectSize大小的區(qū)域中每個(gè)字節(jié) 的值是否是預(yù)先設(shè)定的值(MEM—UNUSED_TAG)。如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)字節(jié) 的值不是MEM—UNUSED—TAG,則提示內(nèi)存訪問越界的異常信息，其中 包括從前端信息中獲取的申請代碼地址GetEIP。
根據(jù)本發(fā)明所述的方法，需要提供一個(gè)獲取當(dāng)前函數(shù)調(diào)用代碼地址的 接口，其功能和實(shí)現(xiàn)描述如下
設(shè)該接口函數(shù)名為GetEIPFunc,其功能是當(dāng)GetEIPFunc在某個(gè)函數(shù) FuncA中調(diào)用時(shí)，其返回值為調(diào)用FuncA的代碼的地址。
其實(shí)現(xiàn)方法是^L據(jù)堆棧中函數(shù)調(diào)用鏈，向后回溯，取得調(diào)用FuncA 函數(shù)時(shí)的返回地址，我們將此返回地址看作為FuncA函數(shù)的調(diào)用代碼地 址。具體實(shí)現(xiàn)根據(jù)CPU類型和編譯器的不同而有所不同。
上述具體實(shí)施方式
以較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了 ^L明，不應(yīng)譯皮視為對 本發(fā)明范圍的限制。同樣，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其較佳實(shí)施例的描述， 可以做出各種可能的等同改變或替換，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本 發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種檢測內(nèi)存訪問越界的方法，在應(yīng)用程序使用從內(nèi)存池中申請的內(nèi)存塊的過程中，檢測是否存在內(nèi)存寫入越界的情況，其特征在于，包括如下步驟(1)創(chuàng)建內(nèi)存池時(shí)，如果初始化一個(gè)可用空間大小為Size的內(nèi)存塊，則需要為其分配的全部內(nèi)存空間為可用空間大小Size加上需要為該內(nèi)存塊添加的前端信息和尾端信息所占空間大小之和，其中，所述尾端信息包括保護(hù)字信息、空閑區(qū)長度信息；(2)應(yīng)用程序申請內(nèi)存時(shí)，如果為其找到一個(gè)合適的內(nèi)存塊，則將所述內(nèi)存塊的尾端信息中的保護(hù)字設(shè)定為保護(hù)標(biāo)記，將空閑區(qū)長度設(shè)定為內(nèi)存塊大小Size減去用戶申請大小的值，如果空閑區(qū)長度不為零，則在從所述空閑區(qū)起始地址開始，在預(yù)設(shè)區(qū)域填充保護(hù)標(biāo)記；(3)應(yīng)用程序釋放內(nèi)存時(shí)，檢測尾端信息中的保護(hù)字是否為設(shè)定的保護(hù)標(biāo)記，如果不是，則提示內(nèi)存訪問越界的異常信息；如果保護(hù)字是設(shè)定的保護(hù)標(biāo)記，則檢測空閑區(qū)中已填充保護(hù)標(biāo)記的區(qū)域，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某處不是設(shè)定的保護(hù)標(biāo)記時(shí)，提示內(nèi)存訪問越界的異常信息。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中進(jìn)一步包括 所述前端信息包括頭部信息、申請代碼地址信息，所述內(nèi)存塊可用空間在 實(shí)際使用時(shí)分為用戶數(shù)據(jù)區(qū)與空閑區(qū)；步驟(2)中進(jìn)一步包括所述內(nèi)存塊的前端信息中填寫頭部信息， 并將申請代碼地址設(shè)定為所獲得的調(diào)用申請內(nèi)存接口的代碼地址；步驟(3)中進(jìn)一步包括所述提示內(nèi)存訪問越界的異常信息中包括 申請代碼地址信息。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，如果 應(yīng)用程序只有一個(gè)代碼段，則在申請代碼地址信息中只需記錄偏移地址。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，如果 應(yīng)用程序包含多個(gè)代碼段，則在申請代碼地址信息中進(jìn)一步記錄代碼的段 地址。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，尾端 信息中的保護(hù)字設(shè)定的保護(hù)標(biāo)記為特殊的不常見的數(shù)值。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，在空 閑區(qū)中填充的保護(hù)標(biāo)記為特殊的不常見的數(shù)值。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，在空 閑區(qū)中填充保護(hù)標(biāo)記的預(yù)定區(qū)域的長度，根據(jù)實(shí)際需要和策略確定。
8、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述調(diào)用申請 內(nèi)存接口的代碼地址，通過一個(gè)接口函數(shù)獲得，該接口函數(shù)當(dāng)在某個(gè)函數(shù) F皿cA中調(diào)用時(shí)，其返回值為調(diào)用FuncA的代碼的地址。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測內(nèi)存訪問越界的方法，在應(yīng)用程序使用從內(nèi)存池中申請的內(nèi)存塊的過程中，檢測是否存在內(nèi)存寫入越界的情況，包括主要步驟在應(yīng)用程序所申請內(nèi)存塊的前端增加申請?jiān)搩?nèi)存塊的調(diào)用代碼地址信息，尾端增加保護(hù)字和空閑區(qū)長度信息，同時(shí)在空閑區(qū)填充保護(hù)標(biāo)記，當(dāng)應(yīng)用程序釋放內(nèi)存時(shí)，檢測是否存在內(nèi)存寫入越界，并提示相關(guān)的異常信息，其中包括申請代碼地址信息。本發(fā)明所述的方法對現(xiàn)有內(nèi)存管理方法的改動很小，能很容易應(yīng)用到現(xiàn)有的內(nèi)存管理系統(tǒng)中，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
文檔編號G06F12/02GK101110042SQ20061010326
公開日2008年1月23日 申請日期2006年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者劉晨吉, 王國兵, 超 羅 申請人:中興通訊股份有限公司