Обзор и использование Proc/PID/MAPS: Полный гайд с примерами

Введение в анализ адресных пространств процессов

Современные операционные системы предоставляют возможность взаимодействия с процессами через виртуальные адресные пространства. Одним из основных инструментов для получения информации о процессе в Linux является файл maps в директории /proc/[pid]/. Этот файл отображает память, используемую процессом, и может быть критически важным для отладки и анализа. В этой статье мы рассмотрим, как с помощью небольшого инструмента на C++ 20 можно анализировать адресные пространства и делать выводы о повторяемости данных в maps.

Зачем нужен анализ адресного пространства?

Каждому процессу в Linux выделяется виртуальное адресное пространство, где он может размещать свои данные и код. Файл /proc/[pid]/maps предоставляет информацию о том, как распределены адреса в этом пространстве, включая области памяти, разрешенные для чтения или записи. Для разработчиков и системных администраторов критически важно понимать, как и где процесс использует память для оптимизации производительности и устранения ошибок.

Создание инструмента на C++

В данной статье представлен пример программы на C++, которая анализирует maps для определения, является ли данное отображение памяти снимком (snapshot) или нет. Код демонстрирует использование стандартных библиотек, включая <regex>, для поиска адресов памяти, а также применения mmap().

#include <iostream>
#include <regex>
#include <fstream>
#include <charconv>
#include <sstream>
#include <array>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>

using namespace std;

int main(int argc, char **argv) {
    int pid = getpid();
    ostringstream oss;
    oss << "/proc/" << pid << "/maps";
    ifstream ifs(oss.str());

    using range_t = pair<size_t, size_t>;
    static regex rxAddrsAndRd("^([0-9a-f]{1,16})-([0-9a-f]{1,16}) *[rR]", regex_constants::ECMAScript | regex_constants::icase);
    match_results<string::iterator> mr;

    auto parse = [&](auto fn) requires requires() { fn(range_t()); } {
        ifs.clear();
        ifs.seekg(0);
        for (string line; getline(ifs, line); ) {
            if (!regex_search(line.begin(), line.end(), mr, rxAddrsAndRd))
                continue;
            array<size_t, 2> addrs;
            for (size_t a = 0; a <= 1; ++a)
                from_chars(mr[a + 1].first, mr[a + 1].second, addrs[a]);
            if (!fn(range_t(addrs[0], addrs[1])))
                return;
        }
    };

    vector<range_t> ranges;
    parse([&](range_t range) { ranges.emplace_back(range); return true; });

    if (!mmap(nullptr, 0x10000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS | MAP_POPULATE, -1, 0))
        return EXIT_FAILURE;

    auto cmp = ranges.begin();
    bool equal = true;
    parse([&](range_t range) {
        if (cmp != ranges.end() && range == *cmp++) 
            return true;
        equal = false;
        return false;
    });

    cout << (equal ? "snapshot" : "non-snapshot") << endl;
}

Как работает программа?

1. Чтение данных: Программа начинает с открытия файла maps текущего процесса. Используя регулярные выражения, она извлекает диапазоны адресов, которые отмечены как доступные для чтения.

2. Использование mmap(): Далее программа создает отображение памяти с помощью mmap(), что помогает нам проверить, как данные в адресном пространстве могут быть изменены.

3. Сравнение диапазонов: На основе полученных диапазонов программа определяет, являются ли данные постоянными между вызовами – если данные совпадают, можно говорить о том, что это снимок (snapshot), в противном случае — о его отсутствии.

Заключение

Анализ адресных пространств процессов предоставляет разработчикам мощные инструменты для диагностики и отладки software. Рассмотренная программа на C++ 20 демонстрирует подход к изучению памяти процесса и может служить основой для более сложных инструментов анализа. Понимание структуры памяти и правильное использование инструментов, таких как регулярные выражения и mmap(), является важной частью профессиональной разработки в современном программировании.

Источник