记录一场没有胜利的局部战斗

这个问题, 早在1年前就遇到了, 当时因为没有在意一直没有跟进.
最近团队来了个新人, 又一次触发了这个问题, 所以终于下定决定要好好找找这个BUG的原因..
首先,这篇文章是个流水账, 没啥意思, 其次最终我其实也没能真正找到原因, 只是找到了一个规避的方法, 和一个猜测的原因. 万一遇到类似情况的同学可以部分借鉴, 当然, 最后我是希望有人对glibc源码熟悉的同学, 可以真正的指点下这个bug的真实原因是啥.
问题是这样的, 我们的一个服务, 依赖于Yar C库, 但是valgrind检测会报告一个问题:

==25279== Invalid free() / delete / delete[] / realloc()
==25279==    at 0x4A072BA: free (vg_replace_malloc.c:446)
==25279==    by 0x34DC10ADAA: free_mem (in /lib64/libc-2.5.so)
==25279==    by 0x34DC10A9A1: __libc_freeres (in /lib64/libc-2.5.so)
==25279==    by 0x48025E9: _vgnU_freeres (vg_preloaded.c:62)
==25279==    by 0x34DC0334E4: exit (in /lib64/libc-2.5.so)
==25279==    by 0x34DC01D99A: (below main) (in /lib64/libc-2.5.so)
==25279==  Address 0x4e265c8 is not stack'd, malloc'd or (recently) free'd

当然首先遇到这个问题, 第一反映就是先Google了, Google以后很多答案指向说这个是低版本glibc(我们的是glibc-2.5)的libc_freeres的bug, 传递–run-libc-freeres=no 就可以避免这个警告. 通过验证发现确实管用.
好的吧, 到这里我首先放心了这不是我们代码的问题, 但是, 这肯定不符合我们打破沙锅问到底的精神啊, 那到底是我们的什么触发了这个Bug的警告呢? 我能不能找到原因, 从而规避这个问题呢, 因为我试过一些其他的库是不会有这个问题的.
首先我们来尝试找找看这个地址到底是什么东西, 通过一些精简, 我得到如下的一个可重现的方法, 首先main.c, 啥事都不干:

//file main.c
int main(int argc, char **argv) {
    return 0;
}

然后编译, 链接yar库:

gcc -Wl,-rpath,/home/huixinchen/local/yar/lib/ -L/home/huixinchen/local/yar/lib/ -lyar main.c

测试:

$ valgrind --run-libc-freeres=yes ./a.out
==7008== Memcheck, a memory error detector
==7008== Copyright (C) 2002-2012, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==7008== Using Valgrind-3.8.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==7008== Command: ./a.out
==7008==
==7008== Invalid free() / delete / delete[] / realloc()
==7008==    at 0x4A072BA: free (vg_replace_malloc.c:446)
==7008==    by 0x34DC10ADAA: free_mem (in /lib64/libc-2.5.so)
==7008==    by 0x34DC10A9A1: __libc_freeres (in /lib64/libc-2.5.so)
==7008==    by 0x48025E9: _vgnU_freeres (vg_preloaded.c:62)
==7008==    by 0x34DC0334E4: exit (in /lib64/libc-2.5.so)
==7008==    by 0x34DC01D99A: (below main) (in /lib64/libc-2.5.so)
==7008==  Address 0x4e265c8 is not stack'd, malloc'd or (recently) free'd
==7008==

0x4e265c8在X86 64系统的内存布局结构中, 非常像一个全局变量的地址, 但是可能是什么呢? 会不会是.bss的一个全局变量呢? 通过sleep, 然后cat /proc/pid/maps, 发现valgrind会影响加载共享库的布局, 所以我们要想办法首先不用valgrind也能重现这个问题.
考虑到这个是__libc_freeres的问题(据称), 那么我们是不是可以直接调用从而浮现呢?

//file main.c
extern void __libc_freeres();
int main(int argc, char **argv) {
    __libc_freeres();
    return 0;
}

测试运行:

$ ./a.out
*** glibc detected *** ./a.out: munmap_chunk(): invalid pointer: 0x00002ab9e8a21770 ***
======= Backtrace: =========
/lib64/libc.so.6(cfree+0x166)[0x34dc071756]
/lib64/libc.so.6[0x34dc10adab]
/lib64/libc.so.6(__libc_freeres+0x42)[0x34dc10a9a2]
./a.out[0x4005d1]
/lib64/libc.so.6(__libc_start_main+0xf4)[0x34dc01d994]
./a.out[0x400509]

果然可以直接触发, 不需要valgrind了, 但是yar库很庞大, 调试起来很复杂, 能不能进一步简化呢?
于是通过一个漫长痛苦的过程(这个过程按下不表), 终于得到了一个更加容易复现的lib库, 你猜他是什么样子呢?

#共享库

是的, 你没看错, 这个库没有任何内容, 好的编译这个库(编译为libtest.so):

gcc -shared -fPIC empty.c -Wl,-rpath,/home/huixinchen/dev/ -lm -o libtest.so

( 不要问, 为啥参数一定要有rpath和-lm, 这是因为这都是我在那个漫长痛苦的过程中总结出来的啊, 但如果你一定要问, 好吧, 这是因为Yar也有类似用法, 通过排除法以及Google试出来的…汗..)
好的, 现在让的main.c链接到这个新的库:

$ gcc -g -o mem-error main.c ./libtest.so
$ ./mem-error
*** glibc detected *** ./mem-error: free(): invalid pointer: 0x00002b1a30252660 ***
======= Backtrace: =========
/lib64/libc.so.6[0x34dc0711df]
/lib64/libc.so.6(cfree+0x4b)[0x34dc07163b]
/lib64/libc.so.6[0x34dc10adab]
/lib64/libc.so.6(__libc_freeres+0x42)[0x34dc10a9a2]
./mem-error(main+0xe)[0x4005c6]
/lib64/libc.so.6(__libc_start_main+0xf4)[0x34dc01d994]
./mem-error[0x400509]
======= Memory map: ========
00400000-00401000 r-xp 00000000 68:11 17932888                           /home/huixinchen/dev/mem-error
00600000-00601000 rw-p 00000000 68:11 17932888                           /home/huixinchen/dev/mem-error
04999000-049ba000 rw-p 04999000 00:00 0                                  [heap]
304a600000-304a60d000 r-xp 00000000 68:01 950291                         /lib64/libgcc_s-4.1.2-20080825.so.1
304a60d000-304a80d000 ---p 0000d000 68:01 950291                         /lib64/libgcc_s-4.1.2-20080825.so.1
304a80d000-304a80e000 rw-p 0000d000 68:01 950291                         /lib64/libgcc_s-4.1.2-20080825.so.1
31a6a00000-31a6a82000 r-xp 00000000 68:01 950274                         /lib64/libm-2.5.so
31a6a82000-31a6c81000 ---p 00082000 68:01 950274                         /lib64/libm-2.5.so
31a6c81000-31a6c82000 r--p 00081000 68:01 950274                         /lib64/libm-2.5.so
31a6c82000-31a6c83000 rw-p 00082000 68:01 950274                         /lib64/libm-2.5.so
34dbc00000-34dbc1c000 r-xp 00000000 68:01 950586                         /lib64/ld-2.5.so
34dbe1c000-34dbe1d000 r--p 0001c000 68:01 950586                         /lib64/ld-2.5.so
34dbe1d000-34dbe1e000 rw-p 0001d000 68:01 950586                         /lib64/ld-2.5.so
34dc000000-34dc14e000 r-xp 00000000 68:01 950587                         /lib64/libc-2.5.so
34dc14e000-34dc34d000 ---p 0014e000 68:01 950587                         /lib64/libc-2.5.so
34dc34d000-34dc351000 r--p 0014d000 68:01 950587                         /lib64/libc-2.5.so
34dc351000-34dc352000 rw-p 00151000 68:01 950587                         /lib64/libc-2.5.so
34dc352000-34dc357000 rw-p 34dc352000 00:00 0
2b1a30251000-2b1a30253000 rw-p 2b1a30251000 00:00 0
2b1a30253000-2b1a30254000 r-xp 00000000 68:11 17932574                   /home/huixinchen/dev/libtest.so
2b1a30254000-2b1a30453000 ---p 00001000 68:11 17932574                   /home/huixinchen/dev/libtest.so
2b1a30453000-2b1a30454000 rw-p 00000000 68:11 17932574                   /home/huixinchen/dev/libtest.so
 

好吧, 这样看起来这个地址(0x00002b1a30252660) 落在了libtest.so之前. 不会是我们的全局变量, 况且代码里压根就没有object对象…. (之前的地址确实是受到了valgrind的影响)
事情到此, 基本上绝对可以排除是我们自己的代码导致的, 那么到底会是什么原因呢?
没办法, 只好再回到valgrind(把main.c改回成最初的版本, 不要直接调用freeres), 本着试试的态度, db-attach上去:

0x0000000004a072ba in _vgr10050ZU_libcZdsoZa_free (p=0x4e265c8) at m_replacemalloc/vg_replace_malloc.c:446
446	 FREE(VG_Z_LIBC_SONAME,       free,                 free );
(gdb) bt
#0  0x0000000004a072ba in _vgr10050ZU_libcZdsoZa_free (p=0x4e265c8) at m_replacemalloc/vg_replace_malloc.c:446
#1  0x00000034dc10adab in free_mem () from /lib64/libc.so.6
#2  0x00000034dc10a9a2 in __libc_freeres () from /lib64/libc.so.6
#3  0x00000000048025ea in _vgnU_freeres () at vg_preloaded.c:62
#4  0x00000034dc0334e5 in exit () from /lib64/libc.so.6
#5  0x00000034dc01d99b in __libc_start_main () from /lib64/libc.so.6
#6  0x00000000004004b9 in _start ()

咦, 发现了什么不对的, 怎么是貌似在free SONAME呢? 我压根没有指定SONAME啊?
那, 指定一个试试?

$ gcc -shared -fPIC empty.c -Wl,-rpath,/home/huixinchen/dev/  -Wl,-soname,libm.so -lm -o libtest.so
$ objdump -x libtest.so  | grep SONAME
  SONAME               libm.so

然后, 你猜这么着?
问题消失了….. 哈哈哈哈 (经历了从昨天下午, 昨天晚上, 到今天早上:<) 那么看起来是, glibc的低版本中, 在有rpath, 有依赖库的时候, freeres没有正确的判断是否有soname就尝试了释放.. 导致了这个错误… 当然, 这个支持从表象猜测的, 如果人知道真正的原因, 还请不吝留言指教, 或者也许再过一年, 我会再次深入研究吧…. (后记: 总结俩句吧, 学无止境啊, 对于一个没有读过glibc的人来说, 这个过程是很痛苦的, 只能靠大胆推测, 小心求证. 然而人的精力又有限, 怎么才能把每一个你涉及到的知识点都搞清楚, 只能靠无止尽的学习… ) thanks

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