android 性能分析工具（04）Asan 内存检测工具

1 Asan工具简介

1.1 Asan工具历史背景

AddressSanitizer（ASan）最初由Google开发，并作为LLVM项目的一部分。ASan的设计目的是帮助开发者检测并修复内存错误，如堆栈和全局缓冲区溢出、使用已释放的内存等，这些问题可能会影响程序的正确性和安全性。ASan通过在编译时插入额外的代码来检查每次内存访问，并在运行时监控这些访问，从而发现错误。

ASan的实现基于"shadow memory"技术，它为程序的内存分配创建了一个影子区域，用于跟踪内存的使用情况。当程序试图访问未初始化或已释放的内存时，ASan能够检测到这些非法访问并报告错误。这项技术使得ASan能够在不牺牲太多性能的情况下，有效地发现难以察觉的内存错误。

随着时间的推移，ASan已经成为GCC和Clang编译器的标准组成部分，广泛用于提高软件质量，特别是在内存安全性方面。此外，ASan的集成和易用性也得到了不断改进，例如在Visual Studio中，从2019版本16.9开始，MSVC编译器和IDE支持AddressSanitizer，并且提供了与IDE的集成，使得开发者可以更容易地在Windows平台上使用ASan。

1.2 Asan工具软件定位

AddressSanitizer（ASan）主要用于C和C++程序。它通过在编译时插入额外的检查代码，运行时监控程序的内存访问，来定位常见的内存错误，包括但不限于：

堆缓冲区溢出：检测堆上分配的内存是否被越界访问。
栈缓冲区溢出：检测栈上分配的局部变量是否超出其声明的范围。
全局变量溢出：检测全局或静态变量的内存是否被越界访问。
使用已释放的内存：检测程序是否尝试访问已经被释放的内存。
内存泄漏：实验性地检测内存泄漏问题。
初始化顺序问题：检测由于不正确的初始化顺序导致的问题。
内存越界访问：检测对内存的读写操作是否超出了其分配的范围。
函数返回局部变量：检测函数返回局部变量的引用，这通常会导致悬挂指针问题。

Asan的工作原理是在编译时对代码进行插桩，即在内存访问点周围添加额外的检查代码。运行时，Asan的运行时库会接管标准的内存管理函数，如malloc和free，以跟踪内存分配和释放的状态。当检测到内存错误时，Asan会立即报告错误并提供详细的错误信息，包括错误类型、发生错误的代码位置、调用栈信息等。

Asan的使用可以显著提高软件的内存安全性，帮助开发者在开发阶段就发现并修复潜在的内存问题。然而，由于ASan会引入额外的性能开销，它通常用于调试和测试阶段，而不推荐在生产环境中启用。

总的来说，ASan是一个功能强大且广泛使用的内存错误检测工具，能够有效地帮助开发者定位和解决C/C++程序中的内存问题，提高软件的稳定性和安全性。

接下来我们看看如何使用Asan工具。

2 Asan工具使用

2.1 如何使用Asan工具

使用ASan，你需要使用支持ASan的编译器。比如Clang或GCC，并开启ASan相关的编译选项。

如果使用Clang编译器，在终端执行以下命令：

$clang -fsanitize=address -g hellp.c -o hello

如果使用GCC编译器，在终端执行以下命令：

$gcc -fsanitize=address -g hello.c -o hello

在上述命令中，-fsanitize=address是ASan的编译选项，用于开启ASan。但在大型工程（使用makefile方式进行编译）中我们一般通过环境变量的方式加入ASan编译选项，然后编译额时候需要加上环境变量，一般是CFLAGS或者CXXFLAGS。

2.2 -fsanitize选项常见的sanitizer解读

以下是一些常见的sanitizer选项及其含义：

-fsanitize=address：这个选项启用了地址sanitizer，它是一个运行时检测工具，用于检测C/C++程序中的内存错误，如缓冲区溢出、使用后释放（use-after-free）错误等。地址sanitizer会在程序运行时监控内存操作，当检测到错误时，它会提供详细的错误报告，包括错误类型、发生位置和堆栈跟踪信息。
-fsanitize-recover=address：这个选项与-fsanitize=address一起使用，它告诉地址sanitizer在检测到内存错误时，尝试恢复程序的执行，而不是立即终止程序。这可以使得程序在检测到某些内存错误后继续运行，这对于调试和分析程序的行为非常有用。
-fsanitize=memory：MemorySanitizer（MSan）用于检测未初始化的内存读取。它通过为每个值关联一个“起源”来工作，如果一个值被读取时其起源是未知的，MSAN就会报告一个错误。
-fsanitize=undefined：UndefinedBehaviorSanitizer（UBSan）用于检测未定义行为，例如整数溢出、空指针解引用、除以零等问题。
-fsanitize=thread：ThreadSanitizer（TSan）用于检测多线程程序中的数据竞争和死锁问题。
-fsanitize=leak：这个选项已经被弃用，取而代之的是使用-fsanitize=address，它现在包含了内存泄漏检测功能。
-fsanitize=coverage：CoverageSanitizer（CovSan）用于生成代码覆盖率报告，检测程序中哪些部分被执行过。
-fsanitize=kernel-address：Kernel Address Sanitizer（KASan）是AddressSanitizer的一个变种，专门用于检测Linux内核中的内存错误。
-fsanitize=dataflow：这个选项允许开发者定义自己的数据流问题，并在运行时检测它们。
-fsanitize=cfi：Control Flow Integrity（CFI）Sanitizer用于检测控制流相关的安全问题，比如虚拟函数表破坏攻击。
-fsanitize=safe-stack：SafeStack通过将安全关键的栈数据移动到堆上来保护程序，从而防止栈溢出攻击。
-fsanitize=hwaddress：Hardware Address Sanitizer（HWASAN）用于检测硬件级别的内存错误，比如加载无效的地址。

这些sanitizer工具是查找隐藏bug的利器，它们可以帮助开发者在开发和测试阶段发现和修复潜在的错误。需要注意的是，这些工具会增加程序的运行时间和内存开销，因此主要用于调试和测试阶段，不推荐在生产环境中启用。

3 asan部分实战解读

这里给出一些asan的具体使用方法，当然，限于常用的一些场景。其他场景参考即可。分析问题和解决问题的思路是类似的。

3.1 堆缓冲区溢出（Heap Buffer Overflow）

案例描述：检测对堆分配的缓冲区边界以外的内存写入操作。

参考代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    char *buffer = (char *)malloc(5 * sizeof(char));
    if (buffer == NULL) {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed\n");
        return 1;
    }
    sprintf(buffer, "Hello, World!");
    printf("Buffer contents: %s\n", buffer);
    free(buffer);

    return 0;
}

使用以下命令编译程序，并启用AddressSanitizer：

$gcc -fsanitize=address -g -o heap_overflow heap_overflow.c

然后使用gdb运行编译出的程序：

$gdb ./heap_overflow

执行后得到如下调试信息：

[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
=================================================================
==1346454==ERROR: AddressSanitizer: heap-buffer-overflow on address 0x602000000015 at pc 0x7ffff745f04f bp 0x7fffffffdaf0 sp 0x7fffffffd280
WRITE of size 14 at 0x602000000015 thread T0
    #0 0x7ffff745f04e in __interceptor_vsprintf ../../../../src/libsanitizer/sanitizer_common/sanitizer_common_interceptors.inc:1687
    #1 0x7ffff745f27e in __interceptor_sprintf ../../../../src/libsanitizer/sanitizer_common/sanitizer_common_interceptors.inc:1730
    #2 0x5555555552f2 in main /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/heap_overflow.c:14
    #3 0x7ffff7029d8f in __libc_start_call_main ../sysdeps/nptl/libc_start_call_main.h:58
    #4 0x7ffff7029e3f in __libc_start_main_impl ../csu/libc-start.c:392
    #5 0x5555555551a4 in _start (/media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/heap_overflow+0x11a4)

0x602000000015 is located 0 bytes to the right of 5-byte region [0x602000000010,0x602000000015)
allocated by thread T0 here:
    #0 0x7ffff74b4887 in __interceptor_malloc ../../../../src/libsanitizer/asan/asan_malloc_linux.cpp:145
    #1 0x55555555527e in main /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/heap_overflow.c:6
    #2 0x7ffff7029d8f in __libc_start_call_main ../sysdeps/nptl/libc_start_call_main.h:58

SUMMARY: AddressSanitizer: heap-buffer-overflow ../../../../src/libsanitizer/sanitizer_common/sanitizer_common_interceptors.inc:1687 in __interceptor_vsprintf
Shadow bytes around the buggy address:
  0x0c047fff7fb0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0c047fff7fc0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0c047fff7fd0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0c047fff7fe0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0c047fff7ff0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
=>0x0c047fff8000: fa fa[05]fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
  0x0c047fff8010: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
  0x0c047fff8020: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
  0x0c047fff8030: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
  0x0c047fff8040: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
  0x0c047fff8050: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
Shadow byte legend (one shadow byte represents 8 application bytes):
  Addressable:           00
  Partially addressable: 01 02 03 04 05 06 07 
  Heap left redzone:       fa
  Freed heap region:       fd
  Stack left redzone:      f1
  Stack mid redzone:       f2
  Stack right redzone:     f3
  Stack after return:      f5
  Stack use after scope:   f8
  Global redzone:          f9
  Global init order:       f6
  Poisoned by user:        f7
  Container overflow:      fc
  Array cookie:            ac
  Intra object redzone:    bb
  ASan internal:           fe
  Left alloca redzone:     ca
  Right alloca redzone:    cb
  Shadow gap:              cc
==1346454==ABORTING
[Inferior 1 (process 1346454) exited with code 01]

这个错误信息是由 AddressSanitizer（ASan）提供的。根据提供的信息，我们可以分析出以下关键信息：

错误类型：AddressSanitizer: heap-buffer-overflow 表示发生了堆缓冲区溢出。
错误位置：错误发生在地址 0x602000000015，这是一个堆内存地址。
出错指令：WRITE of size 14 at 0x602000000015 表示在地址 0x602000000015 处尝试写入 14 个字节的数据。
程序计数器（PC）和基指针（BP）：pc 0x7ffff745f04f 和 bp 0x7fffffffdaf0 提供了出错时的程序计数器和基指针的值，这对于调试器来说是有用的。
出错函数：错误发生在 __interceptor_vsprintf 函数中，这是 ASan 对 vsprintf 函数的拦截实现。
调用栈：调用栈显示了错误发生时的函数调用顺序。在这里，我们看到 sprintf 函数（第2行）被 main 函数（第3行）调用，这是错误发生的源头。
内存分配位置：出错的内存是在 main 函数的第6行分配的，由 __interceptor_malloc 拦截。
Shadow Bytes：Shadow Bytes 是 ASan 使用的一块内存区域，用于跟踪实际内存的状态。这里的 Shadow Bytes 显示了出错地址附近的内存状态。
错误摘要：SUMMARY: AddressSanitizer: heap-buffer-overflow 再次总结了错误类型。
程序退出：==1346454==ABORTING 表示由于这个严重错误，程序被ASan中止执行。

在这个案例中，错误是由于 sprintf 写入的数据超出了分配的5字节大小的缓冲区，导致堆缓冲区溢出。

3.2 栈缓冲区溢出（Stack Buffer Overflow）

案例描述：检测对栈分配的缓冲区边界以外的内存写入操作。

参考代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char buffer[4];
    strcpy(buffer, "Hello");
    printf("Buffer contents: %s\n", buffer);

    return 0;
}

使用以下命令编译程序，并启用AddressSanitizer：

$gcc -fsanitize=address -g -o stack_overflow stack_overflow.c

然后使用gdb运行编译出的程序：

$gdb ./stack_overflow

执行后得到如下调试信息：

[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
=================================================================
==1680994==ERROR: AddressSanitizer: stack-buffer-overflow on address 0x7fffffffdba4 at pc 0x7ffff743a2c3 bp 0x7fffffffdb70 sp 0x7fffffffd318
WRITE of size 6 at 0x7fffffffdba4 thread T0
    #0 0x7ffff743a2c2 in __interceptor_memcpy ../../../../src/libsanitizer/sanitizer_common/sanitizer_common_interceptors.inc:827
    #1 0x5555555552ca in main /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/stack_overflow.c:6
    #2 0x7ffff7029d8f in __libc_start_call_main ../sysdeps/nptl/libc_start_call_main.h:58
    #3 0x7ffff7029e3f in __libc_start_main_impl ../csu/libc-start.c:392
    #4 0x555555555164 in _start (/media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/stack_overflow+0x1164)

Address 0x7fffffffdba4 is located in stack of thread T0 at offset 36 in frame
    #0 0x555555555238 in main /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/stack_overflow.c:4

  This frame has 1 object(s):
    [32, 36) 'buffer' (line 5) <== Memory access at offset 36 overflows this variable
HINT: this may be a false positive if your program uses some custom stack unwind mechanism, swapcontext or vfork
      (longjmp and C++ exceptions *are* supported)
SUMMARY: AddressSanitizer: stack-buffer-overflow ../../../../src/libsanitizer/sanitizer_common/sanitizer_common_interceptors.inc:827 in __interceptor_memcpy
Shadow bytes around the buggy address:
  0x10007fff7b20: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x10007fff7b30: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x10007fff7b40: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x10007fff7b50: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x10007fff7b60: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
=>0x10007fff7b70: f1 f1 f1 f1[04]f3 f3 f3 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x10007fff7b80: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x10007fff7b90: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x10007fff7ba0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x10007fff7bb0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x10007fff7bc0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Shadow byte legend (one shadow byte represents 8 application bytes):
  Addressable:           00
  Partially addressable: 01 02 03 04 05 06 07 
  Heap left redzone:       fa
  Freed heap region:       fd
  Stack left redzone:      f1
  Stack mid redzone:       f2
  Stack right redzone:     f3
  Stack after return:      f5
  Stack use after scope:   f8
  Global redzone:          f9
  Global init order:       f6
  Poisoned by user:        f7
  Container overflow:      fc
  Array cookie:            ac
  Intra object redzone:    bb
  ASan internal:           fe
  Left alloca redzone:     ca
  Right alloca redzone:    cb
  Shadow gap:              cc
==1680994==ABORTING
[Inferior 1 (process 1680994) exited with code 01]

这个错误信息是由 AddressSanitizer（ASan）提供的。根据提供的信息，我们可以分析出以下关键信息：

错误类型：AddressSanitizer: stack-buffer-overflow 表示发生了栈缓冲区溢出。
错误位置：错误发生在地址 0x7fffffffdba4，这是一个栈内存地址。
出错指令：WRITE of size 6 at 0x7fffffffdba4 表示在地址 0x7fffffffdba4 处尝试写入 6 个字节的数据。
程序计数器（PC）和基指针（BP）以及栈指针（SP）：pc 0x7ffff743a2c3, bp 0x7fffffffdb70, sp 0x7fffffffd318 提供了出错时的程序计数器、基指针和栈指针的值，这对于调试器来说是有用的。
出错函数：错误发生在 __interceptor_memcpy 函数中，这是 ASan 对 memcpy 函数的拦截实现。
调用栈：调用栈显示了错误发生时的函数调用顺序。在这里，我们看到 memcpy 函数（第1行）被 main 函数（第2行）调用，这是错误发生的源头。
内存分配位置：出错的内存是在 main 函数的第4行分配的，由栈帧信息指出。
Shadow Bytes：Shadow Bytes 是 ASan 使用的一块内存区域，用于跟踪实际内存的状态。这里的 Shadow Bytes 显示了出错地址附近的内存状态。
错误摘要：SUMMARY: AddressSanitizer: stack-buffer-overflow 再次总结了错误类型。
程序退出：==1680994==ABORTING 表示由于这个严重错误，程序被ASan中止执行。

在这个案例中，错误是由于 memcpy 写入的数据超出了分配的缓冲区大小，导致栈缓冲区溢出。

3.3 全局缓冲区溢出（Global Buffer Overflow）

案例描述：检测对全局变量边界以外的内存写入操作。

参考代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

char globalBuffer[5];

int main() {
    strcpy(globalBuffer, "Hello, World!");
    printf("Global Buffer contents: %s\n", globalBuffer);
    return 0;
}

使用以下命令编译程序，并启用AddressSanitizer：

$gcc -fsanitize=address -g -o global_overflow global_overflow.c

然后运行编译出的程序：

$gdb ./global_overflow

执行后得到如下调试信息：

[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
=================================================================
==1681772==ERROR: AddressSanitizer: global-buffer-overflow on address 0x555555558125 at pc 0x7ffff743a2c3 bp 0x7fffffffdbf0 sp 0x7fffffffd398
WRITE of size 14 at 0x555555558125 thread T0
    #0 0x7ffff743a2c2 in __interceptor_memcpy ../../../../src/libsanitizer/sanitizer_common/sanitizer_common_interceptors.inc:827
    #1 0x55555555520e in main /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/global_overflow.c:7
    #2 0x7ffff7029d8f in __libc_start_call_main ../sysdeps/nptl/libc_start_call_main.h:58
    #3 0x7ffff7029e3f in __libc_start_main_impl ../csu/libc-start.c:392
    #4 0x555555555124 in _start (/media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/global_overflow+0x1124)

0x555555558125 is located 0 bytes to the right of global variable 'globalBuffer' defined in 'global_overflow.c:4:6' (0x555555558120) of size 5
SUMMARY: AddressSanitizer: global-buffer-overflow ../../../../src/libsanitizer/sanitizer_common/sanitizer_common_interceptors.inc:827 in __interceptor_memcpy
Shadow bytes around the buggy address:
  0x0aab2aaa2fd0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0aab2aaa2fe0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0aab2aaa2ff0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0aab2aaa3000: 00 00 00 00 00 00 00 00 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9
  0x0aab2aaa3010: f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9
=>0x0aab2aaa3020: 00 00 00 00[05]f9 f9 f9 f9 f9 f9 f9 00 00 00 00
  0x0aab2aaa3030: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0aab2aaa3040: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0aab2aaa3050: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0aab2aaa3060: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0aab2aaa3070: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Shadow byte legend (one shadow byte represents 8 application bytes):
  Addressable:           00
  Partially addressable: 01 02 03 04 05 06 07 
  Heap left redzone:       fa
  Freed heap region:       fd
  Stack left redzone:      f1
  Stack mid redzone:       f2
  Stack right redzone:     f3
  Stack after return:      f5
  Stack use after scope:   f8
  Global redzone:          f9
  Global init order:       f6
  Poisoned by user:        f7
  Container overflow:      fc
  Array cookie:            ac
  Intra object redzone:    bb
  ASan internal:           fe
  Left alloca redzone:     ca
  Right alloca redzone:    cb
  Shadow gap:              cc
==1681772==ABORTING
[Inferior 1 (process 1681772) exited with code 01]

这个错误信息是由 AddressSanitizer（ASan）提供的。根据提供的信息，我们可以分析出以下关键信息：

错误类型：AddressSanitizer: global-buffer-overflow 表示发生了全局缓冲区溢出。
错误位置：错误发生在地址 0x555555558125，这是一个全局变量的地址。
出错指令：WRITE of size 14 at 0x555555558125 表示在地址 0x555555558125 处尝试写入 14 个字节的数据。
程序计数器（PC）、基指针（BP）和栈指针（SP）：pc 0x7ffff743a2c3, bp 0x7fffffffdbf0, sp 0x7fffffffd398 提供了出错时的程序计数器、基指针和栈指针的值，这对于调试器来说是有用的。
出错函数：错误发生在 __interceptor_memcpy 函数中，这是 ASan 对 memcpy 函数的拦截实现。
调用栈：调用栈显示了错误发生时的函数调用顺序。在这里，我们看到 memcpy 函数（第1行）被 main 函数（第2行）调用，这是错误发生的源头。
内存分配位置：出错的内存是全局变量 globalBuffer，定义在 global_overlap.c:4:6，大小为 5 字节。
Shadow Bytes：Shadow Bytes 是 ASan 使用的一块内存区域，用于跟踪实际内存的状态。这里的 Shadow Bytes 显示了出错地址附近的内存状态。
错误摘要：SUMMARY: AddressSanitizer: global-buffer-overflow 再次总结了错误类型。
程序退出：==1681772==ABORTING 表示由于这个严重错误，程序被ASan中止执行。

在这个案例中，错误是由于 memcpy 写入的数据超出了全局变量 globalBuffer 分配的大小，导致全局缓冲区溢出。

3.4 使用后释放（Use After Free）

案例描述：检测已经释放的内存被再次访问的情况。

参考代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (ptr == NULL) {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed\n");
        return 1;
    }

    *ptr = 42;
    printf("Value at ptr: %d\n", *ptr);
    free(ptr);
    printf("Value at ptr after free: %d\n", *ptr);

    return 0;
}

使用以下命令编译程序，并启用AddressSanitizer：

$gcc -fsanitize=address -g -o use_after_free use_after_free.c

然后运行编译出的程序：

$gdb ./use_after_free

执行后得到如下调试信息：

[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
Value at ptr: 42
=================================================================
==1682910==ERROR: AddressSanitizer: heap-use-after-free on address 0x602000000010 at pc 0x55555555539b bp 0x7fffffffd7a0 sp 0x7fffffffd790
READ of size 4 at 0x602000000010 thread T0
    #0 0x55555555539a in main /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/use_after_free.c:14
    #1 0x7ffff7029d8f in __libc_start_call_main ../sysdeps/nptl/libc_start_call_main.h:58
    #2 0x7ffff7029e3f in __libc_start_main_impl ../csu/libc-start.c:392
    #3 0x5555555551c4 in _start (/media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/use_after_free+0x11c4)

0x602000000010 is located 0 bytes inside of 4-byte region [0x602000000010,0x602000000014)
freed by thread T0 here:
    #0 0x7ffff74b4537 in __interceptor_free ../../../../src/libsanitizer/asan/asan_malloc_linux.cpp:127
    #1 0x555555555363 in main /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/use_after_free.c:13
    #2 0x7ffff7029d8f in __libc_start_call_main ../sysdeps/nptl/libc_start_call_main.h:58

previously allocated by thread T0 here:
    #0 0x7ffff74b4887 in __interceptor_malloc ../../../../src/libsanitizer/asan/asan_malloc_linux.cpp:145
    #1 0x55555555529e in main /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/use_after_free.c:5
    #2 0x7ffff7029d8f in __libc_start_call_main ../sysdeps/nptl/libc_start_call_main.h:58

SUMMARY: AddressSanitizer: heap-use-after-free /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/use_after_free.c:14 in main
Shadow bytes around the buggy address:
  0x0c047fff7fb0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0c047fff7fc0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0c047fff7fd0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0c047fff7fe0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  0x0c047fff7ff0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
=>0x0c047fff8000: fa fa[fd]fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
  0x0c047fff8010: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
  0x0c047fff8020: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
  0x0c047fff8030: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
  0x0c047fff8040: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
  0x0c047fff8050: fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa fa
Shadow byte legend (one shadow byte represents 8 application bytes):
  Addressable:           00
  Partially addressable: 01 02 03 04 05 06 07 
  Heap left redzone:       fa
  Freed heap region:       fd
  Stack left redzone:      f1
  Stack mid redzone:       f2
  Stack right redzone:     f3
  Stack after return:      f5
  Stack use after scope:   f8
  Global redzone:          f9
  Global init order:       f6
  Poisoned by user:        f7
  Container overflow:      fc
  Array cookie:            ac
  Intra object redzone:    bb
  ASan internal:           fe
  Left alloca redzone:     ca
  Right alloca redzone:    cb
  Shadow gap:              cc
==1682910==ABORTING
[Inferior 1 (process 1682910) exited with code 01]

这个错误信息是由 AddressSanitizer（ASan）提供的。根据提供的信息，我们可以分析出以下关键信息：

错误类型：AddressSanitizer: heap-use-after-free 表示发生了堆使用后释放的错误。
错误位置：错误发生在地址 0x602000000010，这是一个堆内存地址。
出错指令：READ of size 4 at 0x602000000010 表示在地址 0x602000000010 处尝试读取 4 个字节的数据。
程序计数器（PC）、基指针（BP）和栈指针（SP）：pc 0x55555555539b, bp 0x7fffffffd7a0, sp 0x7fffffffd790 提供了出错时的程序计数器、基指针和栈指针的值，这对于调试器来说是有用的。
出错函数：错误发生在 main 函数的第14行。
内存释放位置：出错的内存是在 main 函数的第13行被释放的。
内存分配位置：出错的内存是在 main 函数的第5行被分配的。
Shadow Bytes：Shadow Bytes 是 ASan 使用的一块内存区域，用于跟踪实际内存的状态。这里的 Shadow Bytes 显示了出错地址附近的内存状态，其中 fd 表示已释放的堆内存区域。
错误摘要：SUMMARY: AddressSanitizer: heap-use-after-free 再次总结了错误类型。
程序退出：==1682910==ABORTING 表示由于这个严重错误，程序被ASan中止执行。

3.5 多线程数据竞争（Data Race）：

案例描述：检测多线程程序中不同线程对同一数据的竞态访问。

参考代码如下：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int global_var = 0;

void* increment(void* arg) {
    int i;
    for (i = 0; i < 100; ++i) {
        global_var++; // 此处存在数据竞争
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    
    pthread_create(&thread1, NULL, increment, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, increment, NULL);
    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);

    printf("Result: %d\n", global_var);
    return 0;
}

使用以下命令编译程序，并启用AddressSanitizer：

$gcc -fsanitize=thread -g -o data_race data_race.c -lpthread

然后运行编译出的程序：

$gdb ./data_race

执行后得到如下调试信息：

[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
[New Thread 0x7ffff51ff640 (LWP 2156986)]
[New Thread 0x7ffff49fe640 (LWP 2156987)]
[Thread 0x7ffff49fe640 (LWP 2156987) exited]
[New Thread 0x7ffff41fd640 (LWP 2156988)]
==================
WARNING: ThreadSanitizer: data race (pid=2156978)
  Read of size 4 at 0x555555558014 by thread T2:
    #0 increment /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/data_race.c:9 (data_race+0x129d)

  Previous write of size 4 at 0x555555558014 by thread T1:
    #0 increment /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/data_race.c:9 (data_race+0x12b5)

  Location is global 'global_var' of size 4 at 0x555555558014 (data_race+0x000000004014)

  Thread T2 (tid=2156988, running) created by main thread at:
    #0 pthread_create ../../../../src/libsanitizer/tsan/tsan_interceptors_posix.cpp:969 (libtsan.so.0+0x605b8)
    #1 main /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/data_race.c:18 (data_race+0x133a)

  Thread T1 (tid=2156987, finished) created by main thread at:
    #0 pthread_create ../../../../src/libsanitizer/tsan/tsan_interceptors_posix.cpp:969 (libtsan.so.0+0x605b8)
    #1 main /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/data_race.c:17 (data_race+0x131d)

SUMMARY: ThreadSanitizer: data race /media/wangdaosheng/data/backup/tmp/test2/data_race.c:9 in increment
==================
Result: 200
ThreadSanitizer: reported 1 warnings
[Thread 0x7ffff41fd640 (LWP 2156988) exited]
[Thread 0x7ffff51ff640 (LWP 2156986) exited]
[Inferior 1 (process 2156978) exited with code 0102]

这个错误信息是由 ThreadSanitizer（TSan）提供的，它帮助检测多线程程序中的数据竞争问题。根据提供的信息，我们可以分析出以下关键点：

错误类型：WARNING: ThreadSanitizer: data race 表示检测到数据竞争。
竞争位置：数据竞争发生在地址 0x555555558014，这是全局变量 global_var 的地址。
出错指令：Read of size 4 at 0x555555558014 by thread T2 和 Previous write of size 4 at 0x555555558014 by thread T1 表示线程 T2 读取了 global_var，而线程 T1 在之前写了 global_var。
竞争变量：竞争的变量是全局变量 global_var，大小为 4 字节。
线程信息：线程 T2（tid=2156988）和线程 T1（tid=2156987）都参与了这次数据竞争。
线程创建：两个线程都是由主线程（main thread）创建的，创建位置在 main 函数中。
错误摘要：SUMMARY: ThreadSanitizer: data race 再次总结了错误类型。
程序退出：[Inferior 1 (process 2156978) exited with code 0102] 表示程序由于TSan报告的错误而退出。