堆基础

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brk

系统调用

将进程的堆结束地址(prgram break)设置为指定的值，从而控制堆内存的大小。
可以扩展或收缩堆内存

#include <unistd.h>
int brk(void *addr);

addr：
指定新的堆结束地址

成功时，返回0
失败时，返回-1，设置errno为以下之一：

• ENOMEN 内存不足，无法扩展到指定的地址
• EINVAL 指定的地址无效

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sbrk

Unix/Linux系统中的一个系统调用

通过增加或减少进程的堆结束地址(Program break)来分配或释放内存。

#include <unistd.h>
void *sbrk(intptr_t increment);

increment：堆内存的调整量，以字节为单位。可为正数、负数或零

• 正值：增加堆的大小，向系统申请更多内存空间
• 负值：减少堆的大小，释放之前分配的内存
• 零：不改变堆的大小，此时函数返回当前堆的结束地址
  返回值：
• 成功时，
  • 如果increment是负数，返回调整前的堆顶地址。
  • 如果increment是正值，则返回值指向新分配内存的堆顶地址
  • 如果increment是0，返回当前堆的结束地址（program break)
• 失败时，返回(void *)-1,并设置errno为ENOMEM，表示没有足够的内存

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getpid

系统调用

返回当前进程的PID

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常用调试命令
heap
vmmap
vis_heap_chunks
top_chunk
bin
arenas
arena

find_fake_fast <addr>
# 查找与addr重叠的候选假fast或tcache块

malloc_chunk <addr>
# 打印指定地址的chunk

heap_config
# 显示与堆相关的配置

try_free <addr>
# 检查用地址调用free会发生什么

mp
# 打印mp_结构的内容

tcache
# 打印线程的tcache内容

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tcache

glibc从2.26版本开始引入的一种内存管理机制，旨在提高内存分配的性能。

tcache(thread cache)是一种线程本地缓存机制，每个线程都有自己的tcache结构，它类似于fastbin，但是优先级上高于fastbin

减少线程之间的互斥 和 锁的竞争

当程序进行malloc操作时，会优先检查tcache是否有可用的chunk，如果有，就直接返回；
当进行free操作时，如果chunk的大小符合要求，并且对应的tcache bin还未满（默认每个bin可以存放7个chunk），就会把chunk放入tcache。

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了解堆

Top chunk：程序第一次进行malloc的时候，heap会被分为两块，一块给用户，剩下的那块就是top chunk，再次申请堆块要是没合适的空间便会使用top chunk的空间
你申请到的一块堆内存的起始地址 $\neq$ 你可以写入数据的起始地址，因为堆块头部会记录一些信息，在64位条件下会有0x10大小的差距
你申请的大小 $\neq$ 实际申请的大小，他会有一个取整的步骤

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一般使用free()函数释放的堆块不会立刻被回收，它们会变成一种叫free chunk的东西并且加上了一种类似xxx bin的名字，一般这类堆块释放后如果挨着一个也被释放的堆块或者是top chunk会合并
fast bin是一个特例 – 它不会轻易合并

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void* malloc(size_t size);

void* calloc(size_t n, size_t size)
# 和malloc的重要区别是会清0堆块中的内容

void* realloc(void* ptr, size_t size)
# 结合了malloc和free的功能 但是释放内存和free有所区别

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Arena

在glibc的内存管理机制中，arena（分配区）是ptmalloc（glibc所用的内存分配器）用于管理进程内存的核心结构之一

它通过减少线程间的锁竞争来提升多线程环境下内存分配的性能

类型

• 主分配区（main arena)：只能由第一个线程创建和持有，可以使用sbrk和mmap向操作系统申请内存
• 非主分配区（Non-main Arena）：由其它线程创建，只能通过mmap向操作系统申请内存

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查看系统libc版本号

ldd --version

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64位
以 0x10 <= userdata < 0x20为例
userdata： <= 0x18 共分配0x20
userdata： > 0x18 共分配0x30

这样分配和chunk间复用和size、PRE_INUSE字段有关

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各ubunut版本常用的libc版本
Ubuntu18.04 2.27

更改pwn题libc

2.35的堆io