如何定位Obj-C野指针随机Crash(三):如何让Crash自报家门
发布于 2 个月前 作者 violinxliu 607 次浏览 来自 技术

本文来自于 腾讯 Bugly,是由 Bugly 邀请腾讯内部各位技术大咖,通过日常工作经验的总结以及感悟撰写而成,内容均属原创,非经作者同意,请勿转载。

本文主要介绍如何利用OC Runtime的特性,让OC野指针对象主动抛出自己的信息,秒杀某些全系统栈Crash。 (注:本文由于涉及一些技术比较猥琐,可能会引起处女座同学的不适,如果有任何疑问欢迎一起讨论。另外,本文只讨论Arm 32位情况)

为什么错误地址是0x55555561?

我们在前文里曾经介绍过在内存释放后填充0x55使野指针出现后数据不能访问,从而使野指针变成了必现的方法,那这里会有一个比较奇怪的问题:我们在释放的内存上填上了0x55,但为什么大部分时候野指针Crash了,出错的地址却是0x55555561?

为了解答这个问题,我们可以先看看Crash栈,就会发现这些Crash都是在objc_msgSend上。我们知道Obj-C的对象方法调用是通过objc_msgSend进行的,我们通过野指针访问一个对象的方法也一样,其实是通过objc_msgSend给已经释放的对象发了一条消息。

而objc_msgSend的函数签名是这样: untitled1.png

我们再来看看objc_msgSend的代码: untitled2.png

我们可以结合Obj-C类的内存布局再来解读一下上面的汇编代码(节选于Obj-C类的源代码): untitled3.png

根据苹果的函数调用约定,objc_msgSend被调用的时候,寄存器对应关系:r0是对象本身self,r1是sel,r2和r3是参数。根据objc_class的声明,我们可以知道: untitled4.png

其实上面的代码就是从缓存中找sel的实现的过程,而错误地址之所以是0x55555561是因为ldrh.w r12, [r9, #0xc]这行指令。我们用0x55555555覆盖了对象的isa指针,当发生OC调用查找缓存0x55555555+0xc取shiftmask的时候,发现这个地址不可读,于是CPU抛出了异常。

怎么获取野指针的更多异常数据?

弄清楚上述问题后,又有一个问题:既然0x55555555是被当成了类的指针使用,那假如我们用指定的类覆盖这个指针,是不是就可以执行我们指定类的方法呢?

进一步说就是在发生野指针调用的时候,我们是不是可以控制CPU的行为?说起来有点像溢出攻击,利用shellcode覆盖函数返回值,一旦我们在出错的时候控制了CPU就可以获取更多异常信息,比如是哪个类,调了什么方法,对象的地址之类。

先解决几个关键问题:

1.覆盖成什么?

我们需要自己写一个类,用它的isa来替换已经释放的对象的isa。如果不出我们所料,我们用自己的类覆盖之后,之前调用的sel就换成了调用我们自己的类的某个sel。这样,只要我们指定的类也实现这个方法,就可以执行我们需要执行的代码,然后在里面获取我们需要的信息。当然,我们无法预料野指针对象会在调用哪个函数时发生Crash,好在我们可以利用runtime的重定向特性了转到我们自己的代码里面去。

2.怎么覆盖isa?

object_setClass可以替换一个类的isa,但是试了一下,发生死锁!根据Obj-C对象的内存布局,对象的第一个数据就是isa,这里我们可以直接用自己的类指针替换它,反正是已经释放的内存,随便我们怎么玩。 总之,还是很简单,这个类就是下面这样: untitled5.png

注意:对象的release、dealloc等函数要特殊处理一下,因为任何对象都有这些方法,不会执行重定向。

然后,我们的free函数改成下面这样(去掉了一些多余代码): untitled6.png

初始化的时候获取所有类信息,获取填充类的的大小: untitled7.png

用下面简单的代码试一下: untitled8.png

发生野指针的类、对象地址和访问的方法就这样可以被打印出来! untitled9.png

再看看下面这几个让人头疼的传说中的全系统栈Crash,你是否熟悉? 栈1: untitled10.png

栈2: untitled11.png 上面这两个Crash如果不能重现几乎是无解!但是,加上我们的野指针定位神器之后再看看,类名和地址都可以打出来了,解决起来就不是什么问题了。

栈1被捕获后的信息: untitled12.png

栈2被捕获后的信息: untitled13.png

说明:

  • 我们打印出了野指针对象的名字和地址,当这个类的对象比较少时,对查找问题有很大的用处(如果是自定义的类出现野指针,一般还是比较容易找到问题),但是如果是一些经常出现的类,比如nsarray,定位起来还是比较麻烦。这个时候建议试一下xcode的malloc history工具,或者可以自己实现一个类似记录内存使用记录的工具,因为有内存申请和释放的记录,只要重现一次就可以精确定位野指针。

  • 如果出现dealloc的使用错误,例如先[super dealloc],然后release成员变量,那么就会出现崩溃的现象,且此时对象的地址为0x55555555。这是因为[super dealloc]只会释放对应的内存,但其成员的内存不会被release而变成了0x555555。 这种问题场景比较简单,一旦发生绝对是必现的,修复也比较容易。

后记

写到这里,关于iOS野指针随机问题定位的三篇文章就写完了,特别说一下,文中提到的方法虽然可以提高野指针的曝光率和定位精度,但并不是万能,比如下面这几种情况,可能并不一定适用:

1、未触发出现野指针的逻辑:比如说一个有问题的代码,只有在特殊的逻辑下才会有野指针问题,如果我们没有触发这个逻辑,肯定也是无法暴露出这个问题的。这种情况建议还是提高测试的场景覆盖。

2、产生野指针和使用野指针的时间间隔太长:时间太长的话,很可能我们保留的指针已经被释放了。

3、APP内存消耗大,会降低曝光率。因为内存消耗大的时候,我们保留的指针数量必然减少,而且保留的时间也会更短。

之前也收到了很多同学的反馈,感谢大家对这个系列文的关注!在这里先回答一下大家提出的一些疑问。 1、free之前先填上 0x55 ,这个0x55有什么具体含义吗? 答:实际上填写数据的关键在于填写数据后其地址指向不可读的内存。而填写0x55,和前面提到的出现异常情况的对象地址0x555555连接起来被当成指针使用的话,就会被识别为0x55555555,而CPU访问这个地址就会抛出异常。 另外一点,就是方便区分野指针,例如在Xcode启用Enable Scribble时,指定alloc之后填写的地址为0xaa,防止内存初始化就使用,也是为了方便和free之后的内存做区分。

2、这个方法对于arc和非arc是否都可以用? 答:都可以,不过都是arc的话应该比较少出现野指针吧。

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