如何防止一個進程使用另一個進程使用的內存？

Question

假設有兩個進程：一個是我自己的進程，另一個進程生成隨機內存地址並修改其中的內容（我們對此沒有任何控制權）。

第一個過程（我自己的過程）：

// Process 1
int *ptr = (int*)malloc(sizeof(int)); // Suppose the address is 0x138145800
*ptr = 45;
printf("%d", *ptr);
sleep();
printf("%d", *ptr);

第二個過程（我無法控制的外部過程）：

// Process 2
int *ptr1;
ptr1 = (int*)0x138145800; // Random memory address is generated
*ptr1 = 25;
printf("%d", *ptr1);

當第一個進程處於睡眠狀態時，我們無法控制的第二個進程將修改進程1使用的值。

如何僅通過更改第一個進程來防止第二個進程這樣做？

一種可能的方法是使用鎖。 但是，要對每個1使用的變量進程使用鎖，效率將非常低下。 有什么有效的方法可以解決問題？

Answer 1

操作系統設計使程序無法訪問另一個程序堆棧中的內存。 沒有程序需要擔心這一點。

出於說明目的，我在CentOS映像上運行了該場景：

程序1：

int main() {
  char *p = "Hello World";
}

運行時會產生：

Dump of assembler code for function main:
   0x00000000004004f0 <+0>:   push   %rbp
   0x00000000004004f1 <+1>:   mov    %rsp,%rbp
=> 0x00000000004004f4 <+4>:   movq   $0x4005a0,-0x8(%rbp)
   0x00000000004004fc <+12>:  mov    $0x0,%eax
   0x0000000000400501 <+17>:  pop    %rbp
   0x0000000000400502 <+18>:  retq   
End of assembler dump.

我們可以看到寄存器0x4005a0包含"Hello World" ：

(gdb) x /s 0x4005a0
0x4005a0:   "Hello World"

在不取消前一個過程的情況下，我們可以運行另一個訪問該寄存器的C程序：

int main() {
  char * hello_world = (char *) 0x4005a0;
  printf("%s", hello_world);
}

運行時會產生：

L??L??D??A??H??H9?u?H?[]A\A]A^A_?ff.?

並在一個單獨的GDB會話中（與兩個程序分開）：

(gdb) x /s 0x4005a0
0x4005a0:   <Address 0x4005a0 out of bounds>

因此，我們可以在這里觀察現代內存架構的一些原理。 操作系統正在管理程序的內存，因此不會發生您描述的情況。

在程序的第二次運行中，它實際上能夠打印一些文本（亂碼），因為在運行程序時，實際上分配了一個虛擬地址空間，根據定義，虛擬地址空間是操作系統所虛擬地址范圍的集合提供給流程。 雖然這兩個程序使用相同的虛擬地址（ 0x4005a0 ），但在第二種情況下，它只是空閑內存。

如果程序要跳出此邊界，則操作系統將發送經典的SIGSEGV並終止程序。 根據定義，操作系統會觸發有關內存訪問沖突的分段錯誤。

因此，從程序設計的角度來看，很明顯，由於此內存管理是由OS處理的，因此沒有任何事情可以做，也不需要做。 在這方面，假設您的程序在現代OS上運行，則它是安全的。