[pwn] 8.堆基础

文章目录

• ​​堆和堆管理器​​
• ​​arena​​
• ​​chunk​​

• ​​malloc chunk​​
• ​​free chunk​​

• ​​bin​​

• ​​fastbins​​
• ​​unsorted bin​​
• ​​small bins​​
• ​​large bins​​
• ​​fastbins结构​​
• ​​bin的双向链表结构​​

堆和堆管理器

堆是内存中一块连续的空间，由堆管理器管理。
堆管理器不是由操作系统实现，是在libc中实现的。其中封装了一些系统调用来管理申请来的内存，同时为用户提供接口。

主要使用两个系统调用：brk(break)，mmap(memory map)
主线程可以用brk和mmap，子线程只能用mmap。
其次如果主线程申请的空间较大的话，也需要用mmap。

arena

arena(内存分配区)
可以理解为堆管理器所持有的内存池
堆管理器与用户的内存交易发生在arena中

当线程比较少的时候，每个线程可以拥有自己的arena，
而当 arena 数目超过允许最大值时，多个线程共享一个arena。

chunk

chunk是用户申请内存的基本单位，也是堆管理器管理内存的基本单位
malloc函数返回的指针就指向一个chunk的数据区域

chunk的数据结构

struct malloc_chunk {
  INTERNAL_SIZE_T      prev_size;  /* Size of previous chunk (if free).  */
  INTERNAL_SIZE_T      size;       /* Size in bytes, including overhead. */
 
  struct malloc_chunk* fd;         /* double links -- used only if free. */
  struct malloc_chunk* bk;
 
  /* Only used for large blocks: pointer to next larger size.  */
  struct malloc_chunk* fd_nextsize; /* double links -- used only if free. */
  struct malloc_chunk* bk_nextsize;

malloc chunk

32位系统通过malloc申请内存的chunk如下图

p=0时，表示前一个chunk为空闲，prev_size才有效。
p=1时，表示前一个chunk正在使用，prev_size无效 p主要用于内存块的合并操作。

free chunk

bin

管理arena中空闲chunk的结构
以数组的形式存在，数组元素为相应大小的chunk链表的链表头，
存在于arena的malloc_state中

主要分为​​unsorted bin​​、​​fast bins​​、​​small bins​​、​​large bins​​

fastbins

存储于fastbinsY[]
单向列表，后进先出
32位下默认管理16\24\32\40\48\56\64字节的free chunk
其中的chunk的p位(相邻下一个chunk的p位)一定是1
因为fastbin单独记录，需要让其他bins认为是被用的，不会被合并

unsorted bin

bins[1]
管理刚刚释放的还未被分类的chunk

small bins

bins[2]~bins[63]
32个循环双向链表
先进先出
32位下默认管理16\24\32\40…\504字节的free chunk
每个链表中存储的chunk大小都一致

large bins

bins[64]~bins[126]
63个循环双向链表
先进先出
32位下管理大于504字节的free chunk

注意只有fastbins是单向链表

fastbins结构

bin的双向链表结构