# 4.3 GCC 编译参数解析 - [GCC](#gcc) - [常用选择](#常用选项) - [Address sanitizer](#address-sanitizer) - [mcheck](#mcheck) - [参考资料](#参考资料) ## GCC ```text $ wget -c http://www.mirrorservice.org/sites/sourceware.org/pub/gcc/releases/gcc-4.4.0/gcc-4.4.0.tar.bz2 $ tar -xjvf gcc-4.4.0.tar.bz2 $ ./configure $ make && sudo make install ``` ## 常用选项 使用 `gcc -v` 可以查看默认开启的选项： ```text $ gcc -v Using built-in specs. COLLECT_GCC=gcc COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/lto-wrapper Target: x86_64-linux-gnu Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.9' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-5/README.Bugs --enable-languages=c,ada,c++,java,go,d,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-5 --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --with-default-libstdcxx-abi=new --enable-gnu-unique-object --disable-vtable-verify --enable-libmpx --enable-plugin --with-system-zlib --disable-browser-plugin --enable-java-awt=gtk --enable-gtk-cairo --with-java-home=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-5-amd64/jre --enable-java-home --with-jvm-root-dir=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-5-amd64 --with-jvm-jar-dir=/usr/lib/jvm-exports/java-1.5.0-gcj-5-amd64 --with-arch-directory=amd64 --with-ecj-jar=/usr/share/java/eclipse-ecj.jar --enable-objc-gc --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --enable-multilib --with-tune=generic --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu Thread model: posix gcc version 5.4.0 20160609 (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.9) ``` ### 控制标准版本的编译选项 - `-ansi`：告诉编译器遵守 C 语言的 ISO C90 标准。 - `-std=`：通过使用一个参数来设置需要的标准。 - `c89`：支持 C89 标准。 - `iso9899:1999`：支持 ISO C90 标准。 - `gnu89`：支持 C89 标准。 ### 控制标准版本的常量 这些常量（#define）可以通过编译器的命令行选项来设置，或者通过源代码总的 `#define` 语句来定义。 - `__STRICT_ANSI__`：强制使用 C 语言的 ISO 标准。这个常量通过命令行选项 `-ansi` 来定义。 - `_POSIX_C_SOURCE=2`：启用由 IEEE Std1003.1 和 1003.2 标准定义的特性。 - `_BSD_SOURCE`：启用 BSD 类型的特性。 - `_GNU_SOURCE`：启用大量特性，其中包括 GNU 扩展。 ### 编译器的警告选项 - `-pedantic`：除了启用用于检查代码是否遵守 C 语言标准的选项外，还关闭了一些不被标准允许的传统 C 语言结构，并且禁用所有的 GNU 扩展。 - `-Wformat`：检查 printf 系列函数所使用的参数类型是否正确。 - `Wparentheses`：检查是否总是提供了需要的圆括号。当想要检查一个复杂结构的初始化是否按照预期进行时，这个选项就很有用。 - `Wswitch-default`：检查是否所有的 switch 语句都包含一个 default case。 - `Wunused`：检查诸如声明静态函数但没有定义、未使用的参数和丢弃返回结果等情况。 - `Wall`：启用绝大多数 gcc 的警告选项，包括所有以 -W 为前缀的选项。 ## Address sanitizer Address sanitizer 是一种用于检测内存错误的技术，GCC 从 4.8 版本开始支持了这一技术。ASan 在编译时插入额外指令到内存访问操作中，同时通过 Shadow memory 来记录和检测内存的有效性。ASan 其实只是 Sanitizer 一系列工具中的一员，其他工具比如 memory leak 检测在 LeakSanitizer 中，uninitialized memory read 检测在 MemorySanitizer 中等等。 举个例子，很明显下面这个程序存在栈溢出： ```C #include void main() { int a[10] = {0}; int b = a[11]; } ``` 编译时加上参数 `-fsanitize=address`，如果使用 Makefile，则将参数加入到 CFLAGS 中： ```text $ gcc -fsanitize=address santest.c ``` 然后运行： ```text $ ./a.out ================================================================= ==9399==ERROR: AddressSanitizer: stack-buffer-overflow on address 0x7ffc03f4d64c at pc 0x565515082ad6 bp 0x7ffc03f4d5e0 sp 0x7ffc03f4d5d0 READ of size 4 at 0x7ffc03f4d64c thread T0 #0 0x565515082ad5 in main (/home/firmy/a.out+0xad5) #1 0x7fb4c04c0f69 in __libc_start_main (/usr/lib/libc.so.6+0x20f69) #2 0x565515082899 in _start (/home/firmy/a.out+0x899) Address 0x7ffc03f4d64c is located in stack of thread T0 at offset 76 in frame #0 0x565515082989 in main (/home/firmy/a.out+0x989) This frame has 1 object(s): [32, 72) 'a' <== Memory access at offset 76 overflows this variable HINT: this may be a false positive if your program uses some custom stack unwind mechanism or swapcontext (longjmp and C++ exceptions *are* supported) SUMMARY: AddressSanitizer: stack-buffer-overflow (/home/firmy/a.out+0xad5) in main Shadow bytes around the buggy address: 0x1000007e1a70: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0x1000007e1a80: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0x1000007e1a90: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0x1000007e1aa0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0x1000007e1ab0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 =>0x1000007e1ac0: f1 f1 f1 f1 00 00 00 00 00[f2]f2 f2 00 00 00 00 0x1000007e1ad0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0x1000007e1ae0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0x1000007e1af0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0x1000007e1b00: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0x1000007e1b10: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Shadow byte legend (one shadow byte represents 8 application bytes): Addressable: 00 Partially addressable: 01 02 03 04 05 06 07 Heap left redzone: fa Freed heap region: fd Stack left redzone: f1 Stack mid redzone: f2 Stack right redzone: f3 Stack after return: f5 Stack use after scope: f8 Global redzone: f9 Global init order: f6 Poisoned by user: f7 Container overflow: fc Array cookie: ac Intra object redzone: bb ASan internal: fe Left alloca redzone: ca Right alloca redzone: cb ==9399==ABORTING ``` 确实检测出了问题。在实战篇中，为了更好地分析软件漏洞，我们可能会经常用到这个选项。 参考： ## mcheck 利用 mcheck 可以实现堆内存的一致性状态检查。其定义在 `/usr/include/mcheck.h`，是一个 GNU 扩展函数，原型如下： ```c #include int mcheck(void (*abortfunc)(enum mcheck_status mstatus)); ``` 可以看到参数是一个函数指针，但检查到堆内存异常时，通过该指针调用 abortfunc 函数，同时传入一个 mcheck_status 类型的参数。 举个例子，下面的程序存在 double-free 的问题： ```c #include #include void main() { char *p; p = malloc(1000); fprintf(stderr, "About to free\n"); free(p); fprintf(stderr, "About to free a second time\n"); free(p); fprintf(stderr, "Finish\n"); } ``` 通过设置参数 `-lmcheck` 来链接 mcheck 函数： ```text $ gcc -lmcheck t_mcheck.c $ ./a.out About to free About to free a second time block freed twice Aborted (core dumped) ``` 还可以通过设置环境变量 `MALLOC_CHECK_` 来实现，这样就不需要重新编译程序。 ```text $ gcc mcheck.c $ #检查到错误时不作任何提示 $ MALLOC_CHECK_=0 ./a.out About to free About to free a second time Finish $ #检查到错误时打印一条信息到标准输出 $ MALLOC_CHECK_=1 ./a.out About to free About to free a second time *** Error in `./a.out': free(): invalid pointer: 0x0000000001fb9010 *** Finish $ #检查到错误时直接中止程序 $ MALLOC_CHECK_=2 ./a.out About to free About to free a second time Aborted (core dumped) ``` 具体参考 `man 3 mcheck` 和 `man 3 mallopt`。 glibc 还提供了 `mtrace()` 和 `muntrace()` 函数分别在程序中打开和关闭对内存分配调用进行跟踪的功能。这些函数需要与环境变量 `MALLOC_TRACE` 配合使用，该变量定义了写入跟踪信息的文件名。在被调用时，`mtrace()` 会检查是否定义了该文件，又是否可以读写该文件。如果一切正常，那么会在文件里跟踪和记录所有对 malloc 系列函数的调用。由于生成的文件不易于理解，还提供了脚本（`mtrace`）用于分析文件，并生成易于理解的汇总报告。 将上面的例子修改一下： ```c #include #include #include void main() { char *p; mtrace(); calloc(16, 16); fprintf(stderr, "calloc some chunks that will not be freed\n"); p = malloc(1000); fprintf(stderr, "About to free\n"); free(p); fprintf(stderr, "About to free a second time\n"); free(p); fprintf(stderr, "Finish\n"); muntrace(); } ``` ```text $ gcc t_mtrace.c $ export MALLOC_TRACE=/tmp/t $ ./a.out calloc some chunks that will not be freed About to free About to free a second time Finish $ mtrace /tmp/t - 0x000055e427cde7b0 Free 5 was never alloc'd 0x55e425da287c Memory not freed: ----------------- Address Size Caller 0x000055e427cde6a0 0x100 at 0x55e425da27f6 ``` 于是 double-free 和内存泄漏被检测出来了。 ## 参考资料 - [GCC online documentation](https://gcc.gnu.org/onlinedocs/)