C语言 使用 LD_PRELOAD 覆盖 malloc 并在库函数中调用 malloc

Question

我正在创建一个小型快速应用程序，用于检测其他应用程序中的内存泄漏。我使用 LD_PRELOAD 来覆盖默认malloc，并在每次调用程序中malloc时都使用它存储在内存中。问题是 C 的一些库函数也使用 malloc。此外，有些库函数不会释放分配的内存。让我们演示一下：
MyApp.cpp

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>
static void * (* LT_MALLOC)(size_t) = 0;
static void (* LT_FREE)(void *) = 0;
static void init_malloc ()
{
  char *error;
  *(void **) (&LT_MALLOC) = dlsym (RTLD_NEXT, "malloc");
  dlerror ();
  if ((error = dlerror ()) != NULL)
    {
      fprintf (stderr, "%sn", error);
      _exit(1);
    }
}
static void init_free ()
{
  char *error;
  *(void **) (&LT_FREE) = dlsym (RTLD_NEXT, "free");
  dlerror ();
  if ((error = dlerror ()) != NULL)
    {
      fprintf (stderr, "%sn", error);
      _exit(1);
    }
}
extern "C"
void * malloc (size_t size) throw ()
{
  if (LT_MALLOC == 0)
    init_malloc ();
  printf ("malloc(%ld) ", size);
  void *p = LT_MALLOC(size);
  printf ("p = %pn", p);
  return p;
}
extern "C"
void free (void *p) throw ()
{
  if (LT_FREE == 0)
    init_free ();
  printf ("free(%p)n", p);
  LT_FREE(p);
}

和test.c.（假设源代码最初不可用，我只有一个程序。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main (void)
{
  printf ("test startn");
  int *a = (int *)malloc(3 * sizeof (int));
  if (a)
    printf ("Allocated 3 int - %pn", a);
  time_t t = time(NULL);
  a[0] = 1;
  printf ("time - %s", ctime(&t));
  printf ("a[0] = %dn", a[0]);
  free (a);
  printf ("CALL FREE(a)n");
  printf ("test donen");
  return 0;
}

$ g++ -g -fPIC -c MyApp.cpp -o MyApp.o 
$ g++ -g -shared MyApp.o -o MyApp.so -ldl
$ gcc -g test.c -o test
$ export LD_PRELOAD=./MyApp.so

./test运行程序，查看：

malloc(72704) p = 0x8aa040
test start
malloc(12) p = 0x6a0c50
Allocated 3 int - 0x6a0c50
free((nil))
malloc(15) p = 0x6a0c70
malloc(552) p = 0x6a0c90
free((nil))
malloc(1014) p = 0x6a0ec0
free(0x6a0c90)
malloc(20) p = 0x6a0c90
malloc(20) p = 0x6a0cb0
malloc(20) p = 0x6a0cd0
malloc(21) p = 0x6a0cf0
malloc(20) p = 0x6a0d10
malloc(20) p = 0x6a0d30
malloc(20) p = 0x6a0d50
malloc(20) p = 0x6a0d70
malloc(21) p = 0x6a0d90
free((nil))
time - Mon Mar 14 18:30:14 2016
a[0] = 1
free(0x6a0c50)
CALL FREE(a)
test done

但我想看看：

test start
malloc(12) p = 0x6a0c50
Allocated 3 int - 0x6a0c50
time - Mon Mar 14 18:30:14 2016
a[0] = 1
free(0x6a0c50)
CALL FREE(a)
test done

我希望我的应用程序避免在库函数中malloc。但我不知道该怎么做。
malloc能找出哪个函数调用它：库还是你自己的？或者我们可以调用默认值而不是覆盖库函数中的malloc吗？还是别的什么？
附言我很抱歉我的英语不好。

Answer 1

我曾多次使用宏编译代码的技术，该宏将malloc替换为我自己的版本。我以为我已经写了一个答案来证明这一点，但显然不是。像这样：

在"debugmalloc.h"或类似的东西中：

#if DEBUG_MALLOC
#define malloc(x) myTrackingMalloc(x, __FILE__, __LINE__)
#define free(x) myTrackngFree(x, __FILE__, __LINE__)
extern void* myTrackingMalloc(size_t size, const char* file, int line);
extern void myTrackingFree(void* ptr, const char* file, int line);
#endif

然后在源文件中，例如"debugmalloc.c"：

#if DEBUG_MALLOC
void* myTrackingMalloc(size_t size, const char* file, int line)
{
    void *p = malloc(size);
    ... whatever extra stuff you need ... 
    return p;
}
void myTrackingFree(void* ptr, const char* file, int line)
{
    ... some extra code here ... 
    free(ptr);
}
#endif

[我通过修改size分配了一些额外的字节，然后添加然后使用偏移量返回适当的实际有效负载指针]

这相对容易实现，并且没有使用 LD_PRELOAD 注入的缺点 - 特别是您不需要区分代码和库。当然，您不需要实现自己的malloc。

它

确实有一个小缺点，它不涵盖new、delete，也不涵盖本身进行内存分配的strdup和其他库函数 - 你可以实现一个new和delete全局运算符集[不要忘记数组版本！]，但替换strdup和任何其他可能分配内存的函数是相当多的工作 - 在这一点上， valgrind可能会更快，即使它运行得很慢。

Answer 2

也许动态加载程序 API 可以帮助您。在那里，您可以找到函数 dladdr（），它返回给定地址的模块和符号名称（如果可用）。

有关详细说明，请参见 dlopen 的手册页。

Answer 3

在发布的代码中，您不会跟踪calloc、realloc和strdup。跟踪所有malloc相关的分配职能会更加一致。

您还可以跟踪fopen和fclose以禁用malloc，并在执行期间free跟踪。 这也将允许您跟踪丢失的fclose()呼叫。

您可以对使用 malloc 的其他 C 库函数执行相同的操作。printf不太可能使用malloc，但您可以跟踪vfprintf以过滤掉任何此类调用。包装可变参数函数很困难，但printf家族都调用vfprintf或某个近亲，具体取决于 C 库的实现。 当您自己打电话给printf时，请注意禁用vfprintf跟踪！