如何确保内存分配在某个地址附近？

Question

我正在为 x86_64 编写一个 JIT 重新编译器，有时发出的代码需要从编译的二进制文件中调用函数。

由于 ASLR，我的程序的 .text 段被放置在某个随机地址。

我是否可以分配 32 MiB 的 JIT 代码缓存，使其地址始终足够接近 .text 段，以便我可以安全地发出相对调用而不是绝对调用？我在Linux下。

Answer 1

就像评论所说，最好不要依赖相对的调用。

您可以使用

mmap

请求某个地址的内存映射。问题是知道哪些地址是免费的。

这样的东西可以工作：

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>

extern char __executable_start[];
extern char __etext[];
extern char _end[];

#define OFFSET (32 * 1024 * 1024)
#define SIZE (32 * 1024 * 1024)

int main()
{
    printf(".text start = %p\n", (void*)__executable_start);
    printf(".text end   = %p\n", (void*)__etext);
    printf("binary end  = %p\n", (void*)_end);
    
    char* buffer = mmap(_end + OFFSET, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

    printf("buffer      = %p\n", buffer);
    printf("distance    = %d\n", buffer - __etext);
}

但是，它并不能“保证”有效。如果请求的区域已经包含映射，内核可能会忽略您的提示（事实上，Linux 似乎这样做）。 如果你真的想这样做，我建议你尝试分配接近

.text

的内存 - 如果成功，则使用相对调用或绝对调用。

上述程序的更好版本是：

#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>

extern char __executable_start[];
extern char __etext[];
extern char _end[];

#define OFFSET (32 * 1024 * 1024)
#define SIZE (32 * 1024 * 1024)
#define MAX_ATTEMPTS 10

int main()
{
    printf(".text start = %p\n", (void*)__executable_start);
    printf(".text end   = %p\n", (void*)__etext);
    printf("end         = %p\n", (void*)_end);
    
    // align to next page
    char* buffer = (char*)(((uintptr_t)_end + 4095) & ~4095);
    int attempts;

    for (attempts = 0; attempts < MAX_ATTEMPTS; attempts++)
    {
        char* result = mmap(buffer, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_FIXED_NOREPLACE, -1, 0);
        if (result != MAP_FAILED)
        {
            printf("success at attempt #%d\n", attempts + 1);
            break;
        }
            
        if (errno != EEXIST)
        {
            return 1;
        }

        buffer += OFFSET;
    }

    if (attempts == MAX_ATTEMPTS)
    {
        printf("failed after %d attempts, falling back to absolute instructions\n", attempts);
        buffer = mmap(NULL, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    }

    printf("buffer      = %p\n", buffer);
    printf("distance    = %d\n", buffer - __etext);
}

现在，我们告诉内核我们希望映射到一个确切的地址。如果那里已经存在映射，我们会尝试另一个地址。如果失败一定次数，我们就可以退回到绝对指令。

或者，您可以解析

/proc/self/maps

并找到靠近

.text

的空闲区域。但是，首先，我会尝试对绝对调用是否实际上比相对调用慢进行基准测试。您可能不需要关心。