Για να βελτιωθεί η αποδοτικότητα του τρόπου αποθήκευσης των chunks, κάθε chunk δεν είναι απλώς σε μία συνδεδεμένη λίστα, αλλά υπάρχουν διάφοροι τύποι. Αυτοί είναι οι bins και υπάρχουν 5 τύποι bins: 62 μικροί bins, 63 μεγάλοι bins, 1 αταξινόμητος bin, 10 γρήγοροι bins και 64 tcache bins ανά νήμα.
Η αρχική διεύθυνση για κάθε αταξινόμητο, μικρό και μεγάλο bin είναι μέσα στην ίδια σειρά. Ο δείκτης 0 είναι ανενεργός, 1 είναι ο αταξινόμητος bin, οι bins 2-64 είναι μικροί bins και οι bins 65-127 είναι μεγάλοι bins.
Tcache (Per-Thread Cache) Bins
Ακόμα και αν τα νήματα προσπαθούν να έχουν τη δική τους heap (βλ. Arenas και Subheaps), υπάρχει η πιθανότητα μια διαδικασία με πολλά νήματα (όπως ένας web server) να μοιραστεί τη heap με άλλα νήματα. Σε αυτή την περίπτωση, η κύρια λύση είναι η χρήση lockers, που μπορεί να επιβραδύνουν σημαντικά τα νήματα.
Όταν ένα νήμα απελευθερώνει ένα chunk, αν δεν είναι πολύ μεγάλο για να κατανεμηθεί στο tcache και ο αντίστοιχος tcache bin δεν είναι γεμάτος (ήδη 7 chunks), θα κατανεμηθεί εκεί. Αν δεν μπορεί να πάει στο tcache, θα χρειαστεί να περιμένει για το κλείδωμα της heap για να μπορέσει να εκτελέσει την απελευθέρωση παγκοσμίως.
Όταν ένα chunk κατανεμηθεί, αν υπάρχει ένα ελεύθερο chunk του απαιτούμενου μεγέθους στο Tcache θα το χρησιμοποιήσει, αν όχι, θα χρειαστεί να περιμένει για το κλείδωμα της heap για να μπορέσει να βρει ένα στις παγκόσμιες bins ή να δημιουργήσει ένα νέο.
Υπάρχει επίσης μια βελτιστοποίηση, σε αυτή την περίπτωση, ενώ έχει το κλείδωμα της heap, το νήμα θα γεμίσει το Tcache του με chunks της heap (7) του ζητούμενου μεγέθους, έτσι σε περίπτωση που χρειαστεί περισσότερα, θα τα βρει στο Tcache.
Add a tcache chunk example
```c #include #include
int main(void) { char *chunk; chunk = malloc(24); printf("Address of the chunk: %p\n", (void *)chunk); gets(chunk); free(chunk); return 0; }
Συγκεντρώστε το και αποσφαλματώστε το με ένα σημείο διακοπής στον κωδικό ret από τη συνάρτηση main. Στη συνέχεια, με το gef μπορείτε να δείτε το tcache bin σε χρήση:
```bash
gef➤ heap bins
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Tcachebins for thread 1 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Tcachebins[idx=0, size=0x20, count=1] ← Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
Tcache Structs & Functions
Στον παρακάτω κώδικα είναι δυνατόν να δούμε τα max bins και chunks per index, τη δομή tcache_entry που δημιουργήθηκε για να αποφεύγονται οι διπλές απελευθερώσεις και τη tcache_perthread_struct, μια δομή που χρησιμοποιεί κάθε νήμα για να αποθηκεύει τις διευθύνσεις σε κάθε δείκτη του bin.
tcache_entry and tcache_perthread_struct
```c // From https://github.com/bminor/glibc/blob/f942a732d37a96217ef828116ebe64a644db18d7/malloc/malloc.c
/* We want 64 entries. This is an arbitrary limit, which tunables can reduce. */
/* With rounding and alignment, the bins are... idx 0 bytes 0..24 (64-bit) or 0..12 (32-bit) idx 1 bytes 25..40 or 13..20 idx 2 bytes 41..56 or 21..28 etc. */
/* This is another arbitrary limit, which tunables can change. Each tcache bin will hold at most this number of chunks. */
define TCACHE_FILL_COUNT 7
/* Maximum chunks in tcache bins for tunables. This value must fit the range of tcache->counts[] entries, else they may overflow. */
define MAX_TCACHE_COUNT UINT16_MAX
[...]
typedef struct tcache_entry { struct tcache_entry next; / This field exists to detect double frees. */ uintptr_t key; } tcache_entry;
/* There is one of these for each thread, which contains the per-thread cache (hence "tcache_perthread_struct"). Keeping overall size low is mildly important. Note that COUNTS and ENTRIES are redundant (we could have just counted the linked list each time), this is for performance reasons. */ typedef struct tcache_perthread_struct { uint16_t counts[TCACHE_MAX_BINS]; tcache_entry *entries[TCACHE_MAX_BINS]; } tcache_perthread_struct;
</details>
Η συνάρτηση `__tcache_init` είναι η συνάρτηση που δημιουργεί και εκχωρεί τον χώρο για το αντικείμενο `tcache_perthread_struct`
<details>
<summary>κώδικας tcache_init</summary>
```c
// From https://github.com/bminor/glibc/blob/f942a732d37a96217ef828116ebe64a644db18d7/malloc/malloc.c#L3241C1-L3274C2
static void
tcache_init(void)
{
mstate ar_ptr;
void *victim = 0;
const size_t bytes = sizeof (tcache_perthread_struct);
if (tcache_shutting_down)
return;
arena_get (ar_ptr, bytes);
victim = _int_malloc (ar_ptr, bytes);
if (!victim && ar_ptr != NULL)
{
ar_ptr = arena_get_retry (ar_ptr, bytes);
victim = _int_malloc (ar_ptr, bytes);
}
if (ar_ptr != NULL)
__libc_lock_unlock (ar_ptr->mutex);
/* In a low memory situation, we may not be able to allocate memory
- in which case, we just keep trying later. However, we
typically do this very early, so either there is sufficient
memory, or there isn't enough memory to do non-trivial
allocations anyway. */
if (victim)
{
tcache = (tcache_perthread_struct *) victim;
memset (tcache, 0, sizeof (tcache_perthread_struct));
}
}
Δείκτες Tcache
Το tcache έχει αρκετούς κάδους ανάλογα με το μέγεθος και τους αρχικούς δείκτες προς το πρώτο κομμάτι κάθε δείκτη και την ποσότητα κομματιών ανά δείκτη που βρίσκονται μέσα σε ένα κομμάτι. Αυτό σημαίνει ότι εντοπίζοντας το κομμάτι με αυτές τις πληροφορίες (συνήθως το πρώτο), είναι δυνατόν να βρείτε όλους τους αρχικούς δείκτες tcache και την ποσότητα κομματιών Tcache.
Γρήγοροι κάδοι
Οι γρήγοροι κάδοι έχουν σχεδιαστεί για να ταχύνουν την κατανομή μνήμης για μικρά κομμάτια διατηρώντας πρόσφατα απελευθερωμένα κομμάτια σε μια δομή γρήγορης πρόσβασης. Αυτοί οι κάδοι χρησιμοποιούν μια προσέγγιση Last-In, First-Out (LIFO), που σημαίνει ότι το πιο πρόσφατα απελευθερωμένο κομμάτι είναι το πρώτο που θα ξαναχρησιμοποιηθεί όταν υπάρχει ένα νέο αίτημα κατανομής. Αυτή η συμπεριφορά είναι ευνοϊκή για την ταχύτητα, καθώς είναι πιο γρήγορο να εισάγεις και να αφαιρείς από την κορυφή μιας στοίβας (LIFO) σε σύγκριση με μια ουρά (FIFO).
Επιπλέον, οι γρήγοροι κάδοι χρησιμοποιούν απλές συνδεδεμένες λίστες, όχι διπλά συνδεδεμένες, γεγονός που βελτιώνει περαιτέρω την ταχύτητα. Δεδομένου ότι τα κομμάτια στους γρήγορους κάδους δεν συγχωνεύονται με γείτονες, δεν υπάρχει ανάγκη για μια περίπλοκη δομή που να επιτρέπει την αφαίρεση από τη μέση. Μια απλή συνδεδεμένη λίστα είναι πιο απλή και γρήγορη για αυτές τις λειτουργίες.
Βασικά, αυτό που συμβαίνει εδώ είναι ότι η κεφαλίδα (ο δείκτης προς το πρώτο κομμάτι που θα ελεγχθεί) δείχνει πάντα στο πιο πρόσφατα απελευθερωμένο κομμάτι αυτού του μεγέθους. Έτσι:
Όταν ένα νέο κομμάτι κατανεμηθεί αυτού του μεγέθους, η κεφαλίδα δείχνει σε ένα ελεύθερο κομμάτι προς χρήση. Καθώς αυτό το ελεύθερο κομμάτι δείχνει στο επόμενο προς χρήση, αυτή η διεύθυνση αποθηκεύεται στην κεφαλίδα ώστε η επόμενη κατανομή να γνωρίζει πού να βρει ένα διαθέσιμο κομμάτι
Όταν ένα κομμάτι απελευθερωθεί, το ελεύθερο κομμάτι θα αποθηκεύσει τη διεύθυνση του τρέχοντος διαθέσιμου κομματιού και η διεύθυνση αυτού του νέου απελευθερωμένου κομματιού θα τοποθετηθεί στην κεφαλίδα
Το μέγιστο μέγεθος μιας συνδεδεμένης λίστας είναι 0x80 και οργανώνονται έτσι ώστε ένα κομμάτι μεγέθους 0x20 να βρίσκεται στον δείκτη 0, ένα κομμάτι μεγέθους 0x30 να βρίσκεται στον δείκτη 1...
Τα κομμάτια στους γρήγορους κάδους δεν ορίζονται ως διαθέσιμα, οπότε διατηρούνται ως κομμάτια γρήγορων κάδων για κάποιο χρονικό διάστημα αντί να μπορούν να συγχωνευτούν με άλλα ελεύθερα κομμάτια που τα περιβάλλουν.
// From https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/malloc/malloc.c#L1711/*FastbinsAn array of lists holding recently freed small chunks. Fastbinsare not doubly linked. It is faster to single-link them, andsince chunks are never removed from the middles of these lists,double linking is not necessary. Also, unlike regular bins, theyare not even processed in FIFO order (they use faster LIFO) sinceordering doesn't much matter in the transient contexts in whichfastbins are normally used.Chunks in fastbins keep their inuse bit set, so they cannotbe consolidated with other free chunks. malloc_consolidatereleases all chunks in fastbins and consolidates them withother free chunks.*/typedefstruct malloc_chunk *mfastbinptr;#definefastbin(ar_ptr, idx) ((ar_ptr)->fastbinsY[idx])/* offset 2 to use otherwise unindexable first 2 bins */#definefastbin_index(sz) \((((unsignedint) (sz)) >> (SIZE_SZ ==8?4:3)) -2)/* The maximum fastbin request size we support */#defineMAX_FAST_SIZE (80* SIZE_SZ /4)#defineNFASTBINS (fastbin_index (request2size (MAX_FAST_SIZE)) +1)
Προσθέστε ένα παράδειγμα fastbin chunk
```c #include #include
int main(void) { char *chunks[8]; int i;
// Loop to allocate memory 8 times for (i = 0; i < 8; i++) { chunks[i] = malloc(24); if (chunks[i] == NULL) { // Check if malloc failed fprintf(stderr, "Memory allocation failed at iteration %d\n", i); return 1; } printf("Address of chunk %d: %p\n", i, (void *)chunks[i]); }
// Loop to free the allocated memory for (i = 0; i < 8; i++) { free(chunks[i]); }
return 0; }
Σημειώστε πώς δεσμεύουμε και απελευθερώνουμε 8 κομμάτια του ίδιου μεγέθους ώστε να γεμίσουν το tcache και το όγδοο να αποθηκεύεται στο γρήγορο κομμάτι.
Συγκεντρώστε το και αποσφαλματώστε το με ένα σημείο διακοπής στον κωδικό `ret` από τη συνάρτηση `main`. Στη συνέχεια, με το `gef` μπορείτε να δείτε ότι το tcache bin είναι γεμάτο και ένα κομμάτι είναι στο γρήγορο bin:
```bash
gef➤ heap bins
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Tcachebins for thread 1 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Tcachebins[idx=0, size=0x20, count=7] ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1770, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1750, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1730, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1710, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac16f0, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac16d0, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
───────────────────────────────────────────────────────────────────────── Fastbins for arena at 0xfffff7f90b00 ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Fastbins[idx=0, size=0x20] ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1790, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
Fastbins[idx=1, size=0x30] 0x00
Unsorted bin
Ο αταξινόμητος κάδος είναι μια κρυφή μνήμη που χρησιμοποιείται από τον διαχειριστή σωρού για να επιταχύνει την κατανομή μνήμης. Να πώς λειτουργεί: Όταν ένα πρόγραμμα απελευθερώνει ένα κομμάτι, και αν αυτό το κομμάτι δεν μπορεί να κατανεμηθεί σε tcache ή γρήγορο κάδο και δεν συγκρούεται με το κορυφαίο κομμάτι, ο διαχειριστής σωρού δεν το τοποθετεί αμέσως σε έναν συγκεκριμένο μικρό ή μεγάλο κάδο. Αντίθετα, πρώτα προσπαθεί να συγχωνεύσει το με οποιαδήποτε γειτονικά ελεύθερα κομμάτια για να δημιουργήσει ένα μεγαλύτερο μπλοκ ελεύθερης μνήμης. Στη συνέχεια, τοποθετεί αυτό το νέο κομμάτι σε έναν γενικό κάδο που ονομάζεται "αταξινόμητος κάδος."
Όταν ένα πρόγραμμα ζητά μνήμη, ο διαχειριστής σωρού ελέγχει τον αταξινόμητο κάδο για να δει αν υπάρχει ένα κομμάτι επαρκούς μεγέθους. Αν βρει ένα, το χρησιμοποιεί αμέσως. Αν δεν βρει ένα κατάλληλο κομμάτι στον αταξινόμητο κάδο, μεταφέρει όλα τα κομμάτια σε αυτή τη λίστα στους αντίστοιχους κάδους τους, είτε μικρούς είτε μεγάλους, με βάση το μέγεθός τους.
Σημειώστε ότι αν ένα μεγαλύτερο κομμάτι χωριστεί σε 2 μισά και το υπόλοιπο είναι μεγαλύτερο από το MINSIZE, θα επιστραφεί πίσω στον αταξινόμητο κάδο.
Έτσι, ο αταξινόμητος κάδος είναι ένας τρόπος για να επιταχυνθεί η κατανομή μνήμης επαναχρησιμοποιώντας γρήγορα πρόσφατα απελευθερωμένη μνήμη και μειώνοντας την ανάγκη για χρονοβόρες αναζητήσεις και συγχωνεύσεις.
Σημειώστε ότι ακόμη και αν τα κομμάτια είναι διαφορετικών κατηγοριών, αν ένα διαθέσιμο κομμάτι συγκρούεται με ένα άλλο διαθέσιμο κομμάτι (ακόμα και αν ανήκουν αρχικά σε διαφορετικούς κάδους), θα συγχωνευτούν.
Προσθήκη παραδείγματος αταξινόμητου κομματιού
```c #include #include
int main(void) { char *chunks[9]; int i;
// Loop to allocate memory 8 times for (i = 0; i < 9; i++) { chunks[i] = malloc(0x100); if (chunks[i] == NULL) { // Check if malloc failed fprintf(stderr, "Memory allocation failed at iteration %d\n", i); return 1; } printf("Address of chunk %d: %p\n", i, (void *)chunks[i]); }
// Loop to free the allocated memory for (i = 0; i < 8; i++) { free(chunks[i]); }
return 0; }
Σημειώστε πώς κατανέμουμε και απελευθερώνουμε 9 κομμάτια του ίδιου μεγέθους ώστε να **γεμίσουν το tcache** και το όγδοο αποθηκεύεται στο unsorted bin επειδή είναι **πολύ μεγάλο για το fastbin** και το ένατο δεν έχει απελευθερωθεί, οπότε το ένατο και το όγδοο **δεν συγχωνεύονται με το κορυφαίο κομμάτι**.
Συγκεντρώστε το και αποσφαλματώστε το με ένα breakpoint στον `ret` opcode από τη συνάρτηση `main`. Στη συνέχεια, με το `gef` μπορείτε να δείτε ότι το tcache bin είναι γεμάτο και ένα κομμάτι είναι στο unsorted bin:
```bash
gef➤ heap bins
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Tcachebins for thread 1 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Tcachebins[idx=15, size=0x110, count=7] ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1d10, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1c00, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1af0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac19e0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac18d0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac17c0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
───────────────────────────────────────────────────────────────────────── Fastbins for arena at 0xfffff7f90b00 ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Fastbins[idx=0, size=0x20] 0x00
Fastbins[idx=1, size=0x30] 0x00
Fastbins[idx=2, size=0x40] 0x00
Fastbins[idx=3, size=0x50] 0x00
Fastbins[idx=4, size=0x60] 0x00
Fastbins[idx=5, size=0x70] 0x00
Fastbins[idx=6, size=0x80] 0x00
─────────────────────────────────────────────────────────────────────── Unsorted Bin for arena at 0xfffff7f90b00 ───────────────────────────────────────────────────────────────────────
[+] unsorted_bins[0]: fw=0xaaaaaaac1e10, bk=0xaaaaaaac1e10
→ Chunk(addr=0xaaaaaaac1e20, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[+] Found 1 chunks in unsorted bin.
Μικρές Θήκες
Οι μικρές θήκες είναι ταχύτερες από τις μεγάλες θήκες αλλά πιο αργές από τις γρήγορες θήκες.
Κάθε θήκη από τις 62 θα έχει κομμάτια του ίδιου μεγέθους: 16, 24, ... (με μέγιστο μέγεθος 504 bytes σε 32bits και 1024 σε 64bits). Αυτό βοηθά στην ταχύτητα εύρεσης της θήκης όπου θα πρέπει να γίνει η κατανομή χώρου και στην εισαγωγή και αφαίρεση καταχωρήσεων σε αυτές τις λίστες.
Αυτός είναι ο τρόπος υπολογισμού του μεγέθους της μικρής θήκης σύμφωνα με τον δείκτη της θήκης:
// Loop to allocate memory 8 times for (i = 0; i < 9; i++) { chunks[i] = malloc(0x100); if (chunks[i] == NULL) { // Check if malloc failed fprintf(stderr, "Memory allocation failed at iteration %d\n", i); return 1; } printf("Address of chunk %d: %p\n", i, (void *)chunks[i]); }
// Loop to free the allocated memory for (i = 0; i < 8; i++) { free(chunks[i]); }
chunks[9] = malloc(0x110);
return 0; }
Σημειώστε πώς κατανέμουμε και απελευθερώνουμε 9 κομμάτια του ίδιου μεγέθους ώστε να **γεμίσουν το tcache** και το όγδοο αποθηκεύεται στο unsorted bin επειδή είναι **πολύ μεγάλο για το fastbin** και το ένατο δεν έχει απελευθερωθεί, οπότε το ένατο και το όγδοο **δεν συγχωνεύονται με το κορυφαίο κομμάτι**. Στη συνέχεια, κατανέμουμε ένα μεγαλύτερο κομμάτι 0x110 που κάνει **το κομμάτι στο unsorted bin να πηγαίνει στο small bin**.
Συγκεντρώστε το και αποσφαλματώστε το με ένα breakpoint στον `ret` opcode από τη συνάρτηση `main`. Στη συνέχεια, με το `gef` μπορείτε να δείτε ότι το tcache bin είναι γεμάτο και ένα κομμάτι είναι στο small bin:
```bash
gef➤ heap bins
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Tcachebins for thread 1 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Tcachebins[idx=15, size=0x110, count=7] ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1d10, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1c00, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac1af0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac19e0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac18d0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac17c0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
───────────────────────────────────────────────────────────────────────── Fastbins for arena at 0xfffff7f90b00 ─────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Fastbins[idx=0, size=0x20] 0x00
Fastbins[idx=1, size=0x30] 0x00
Fastbins[idx=2, size=0x40] 0x00
Fastbins[idx=3, size=0x50] 0x00
Fastbins[idx=4, size=0x60] 0x00
Fastbins[idx=5, size=0x70] 0x00
Fastbins[idx=6, size=0x80] 0x00
─────────────────────────────────────────────────────────────────────── Unsorted Bin for arena at 0xfffff7f90b00 ───────────────────────────────────────────────────────────────────────
[+] Found 0 chunks in unsorted bin.
──────────────────────────────────────────────────────────────────────── Small Bins for arena at 0xfffff7f90b00 ────────────────────────────────────────────────────────────────────────
[+] small_bins[16]: fw=0xaaaaaaac1e10, bk=0xaaaaaaac1e10
→ Chunk(addr=0xaaaaaaac1e20, size=0x110, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[+] Found 1 chunks in 1 small non-empty bins.
Μεγάλοι κάδοι
Σε αντίθεση με τους μικρούς κάδους, οι οποίοι διαχειρίζονται κομμάτια σταθερού μεγέθους, κάθε μεγάλος κάδος διαχειρίζεται μια σειρά από μεγέθη κομματιών. Αυτό είναι πιο ευέλικτο, επιτρέποντας στο σύστημα να φιλοξενεί διάφορα μεγέθη χωρίς να χρειάζεται ξεχωριστός κάδος για κάθε μέγεθος.
Σε έναν αλγόριθμο μνήμης, οι μεγάλοι κάδοι ξεκινούν όπου τελειώνουν οι μικροί κάδοι. Οι περιοχές για τους μεγάλους κάδους μεγαλώνουν σταδιακά, πράγμα που σημαίνει ότι ο πρώτος κάδος μπορεί να καλύπτει κομμάτια από 512 έως 576 bytes, ενώ ο επόμενος καλύπτει από 576 έως 640 bytes. Αυτό το μοτίβο συνεχίζεται, με τον μεγαλύτερο κάδο να περιέχει όλα τα κομμάτια πάνω από 1MB.
Οι μεγάλοι κάδοι είναι πιο αργοί στη λειτουργία τους σε σύγκριση με τους μικρούς κάδους, επειδή πρέπει να ταξινομήσουν και να αναζητήσουν μέσα σε μια λίστα με ποικίλα μεγέθη κομματιών για να βρουν την καλύτερη εφαρμογή για μια κατανομή. Όταν ένα κομμάτι εισάγεται σε έναν μεγάλο κάδο, πρέπει να ταξινομηθεί, και όταν η μνήμη κατανεμηθεί, το σύστημα πρέπει να βρει το σωστό κομμάτι. Αυτή η επιπλέον εργασία τους καθιστά αργούς, αλλά καθώς οι μεγάλες κατανομές είναι λιγότερο συχνές από τις μικρές, είναι μια αποδεκτή ανταλλαγή.
Υπάρχουν:
32 κάδοι εύρους 64B (συγκρούονται με μικρούς κάδους)
16 κάδοι εύρους 512B (συγκρούονται με μικρούς κάδους)
8 κάδοι εύρους 4096B (μερικώς συγκρούονται με μικρούς κάδους)
4 κάδοι εύρους 32768B
2 κάδοι εύρους 262144B
1 κάδος για τα υπόλοιπα μεγέθη
Κώδικας μεγέθους μεγάλου κάδου
```c // From https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/malloc/malloc.c#L1711
</details>
<details>
<summary>Προσθήκη παραδείγματος με μεγάλο κομμάτι</summary>
```c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char *chunks[2];
chunks[0] = malloc(0x1500);
chunks[1] = malloc(0x1500);
free(chunks[0]);
chunks[0] = malloc(0x2000);
return 0;
}
2 μεγάλες κατανομές εκτελούνται, στη συνέχεια μία απελευθερώνεται (βάζοντάς την στο αταξινόμητο bin) και μια μεγαλύτερη κατανομή γίνεται (μετακινώντας την ελεύθερη από το αταξινόμητο bin στο μεγάλο bin).
Συγκεντρώστε το και αποσφαλματώστε το με ένα σημείο διακοπής στον κωδικό ret από τη συνάρτηση main. Στη συνέχεια, με το gef μπορείτε να δείτε ότι το tcache bin είναι γεμάτο και ένα chunk είναι στο μεγάλο bin:
gef➤heapbin────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────Tcachebinsforthread1────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────Alltcachebinsareempty─────────────────────────────────────────────────────────────────────────Fastbinsforarenaat0xfffff7f90b00─────────────────────────────────────────────────────────────────────────Fastbins[idx=0,size=0x20]0x00Fastbins[idx=1,size=0x30]0x00Fastbins[idx=2,size=0x40]0x00Fastbins[idx=3,size=0x50]0x00Fastbins[idx=4,size=0x60]0x00Fastbins[idx=5,size=0x70]0x00Fastbins[idx=6,size=0x80]0x00───────────────────────────────────────────────────────────────────────UnsortedBinforarenaat0xfffff7f90b00───────────────────────────────────────────────────────────────────────[+] Found 0 chunks in unsorted bin.────────────────────────────────────────────────────────────────────────SmallBinsforarenaat0xfffff7f90b00────────────────────────────────────────────────────────────────────────[+] Found 0 chunks in 0 small non-empty bins.────────────────────────────────────────────────────────────────────────LargeBinsforarenaat0xfffff7f90b00────────────────────────────────────────────────────────────────────────[+] large_bins[100]: fw=0xaaaaaaac1290, bk=0xaaaaaaac1290→Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x1510, flags=PREV_INUSE|IS_MMAPPED|NON_MAIN_ARENA)[+] Found 1 chunks in 1 large non-empty bins.
Κορυφαίο Τμήμα
// From https://github.com/bminor/glibc/blob/a07e000e82cb71238259e674529c37c12dc7d423/malloc/malloc.c#L1711/*TopThe top-most available chunk (i.e., the one bordering the end ofavailable memory) is treated specially. It is never included inany bin, is used only if no other chunk is available, and isreleased back to the system if it is very large (seeM_TRIM_THRESHOLD). Because top initiallypoints to its own bin with initial zero size, thus forcingextension on the first malloc request, we avoid having any specialcode in malloc to check whether it even exists yet. But we stillneed to do so when getting memory from system, so we makeinitial_top treat the bin as a legal but unusable chunk during theinterval between initialization and the first call tosysmalloc. (This is somewhat delicate, since it relies onthe 2 preceding words to be zero during this interval as well.)*//* Conveniently, the unsorted bin can be used as dummy top on first call */#defineinitial_top(M) (unsorted_chunks (M))
Βασικά, αυτό είναι ένα κομμάτι που περιέχει όλη τη διαθέσιμη heap. Όταν εκτελείται μια malloc, αν δεν υπάρχει διαθέσιμο ελεύθερο κομμάτι προς χρήση, αυτό το κορυφαίο κομμάτι θα μειώνει το μέγεθός του δίνοντας τον απαραίτητο χώρο.
Ο δείκτης προς το Top Chunk αποθηκεύεται στη δομή malloc_state.
Επιπλέον, στην αρχή, είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί το αταξινόμητο κομμάτι ως το κορυφαίο κομμάτι.
Παρατηρήστε το παράδειγμα του Top Chunk
```c #include #include
int main(void) { char *chunk; chunk = malloc(24); printf("Address of the chunk: %p\n", (void *)chunk); gets(chunk); return 0; }
Μετά την μεταγλώττιση και την αποσφαλμάτωσή του με ένα σημείο διακοπής στον `ret` opcode του `main`, είδα ότι η malloc επέστρεψε τη διεύθυνση `0xaaaaaaac12a0` και αυτοί είναι οι θρόισκοι:
```bash
gef➤ heap chunks
Chunk(addr=0xaaaaaaac1010, size=0x290, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[0x0000aaaaaaac1010 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................]
Chunk(addr=0xaaaaaaac12a0, size=0x20, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[0x0000aaaaaaac12a0 41 41 41 41 41 41 41 00 00 00 00 00 00 00 00 00 AAAAAAA.........]
Chunk(addr=0xaaaaaaac12c0, size=0x410, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[0x0000aaaaaaac12c0 41 64 64 72 65 73 73 20 6f 66 20 74 68 65 20 63 Address of the c]
Chunk(addr=0xaaaaaaac16d0, size=0x410, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA)
[0x0000aaaaaaac16d0 41 41 41 41 41 41 41 0a 00 00 00 00 00 00 00 00 AAAAAAA.........]
Chunk(addr=0xaaaaaaac1ae0, size=0x20530, flags=PREV_INUSE | IS_MMAPPED | NON_MAIN_ARENA) ← top chunk
Όπου μπορεί να φανεί ότι το top chunk είναι στη διεύθυνση 0xaaaaaaac1ae0. Αυτό δεν είναι έκπληξη γιατί το τελευταίο κατανεμημένο chunk ήταν στο 0xaaaaaaac12a0 με μέγεθος 0x410 και 0xaaaaaaac12a0 + 0x410 = 0xaaaaaaac1ae0.
Είναι επίσης δυνατό να δούμε το μήκος του Top chunk στην κεφαλίδα του chunk του:
Όταν χρησιμοποιείται το malloc και ένα κομμάτι διαιρείται (από το unsorted bin ή από το top chunk για παράδειγμα), το κομμάτι που δημιουργείται από το υπόλοιπο του διαιρεμένου κομματιού ονομάζεται Τελευταίο Υπόλοιπο και ο δείκτης του αποθηκεύεται στη δομή malloc_state.
