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作為當(dāng)前廣泛應(yīng)用的操作系統(tǒng)之一，Linux系統(tǒng)因?yàn)樽陨淼目煽啃院桶踩远艿搅嗽絹?lái)越多的企業(yè)和個(gè)人用戶(hù)的青睞。但是，對(duì)于像Linux這樣的系統(tǒng)，安全問(wèn)題依然是一個(gè)難以避免的話題。而棧溢出攻擊是一種不僅在Linux系統(tǒng)中出現(xiàn)的，而且具有廣泛影響范圍的幾乎無(wú)法防范的攻擊方式。
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本文將介紹棧溢出攻擊的定義、原理和防范措施，幫助讀者全面了解這一安全威脅，提高對(duì)Linux系統(tǒng)的安全意識(shí)。
一、棧溢出攻擊的定義
棧溢出攻擊是一種利用棧實(shí)現(xiàn)的緩沖區(qū)溢出攻擊方式，指在程序執(zhí)行過(guò)程中，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)量超出了其所申請(qǐng)的緩沖區(qū)大小時(shí)，多余的數(shù)據(jù)將會(huì)覆蓋其他棧區(qū)域的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致程序異常終止或者產(chǎn)生未知行為。此時(shí)，攻擊者可以通過(guò)輸入特定的數(shù)據(jù)來(lái)覆蓋程序內(nèi)存中的關(guān)鍵信息或者執(zhí)行指定的代碼，從而實(shí)現(xiàn)攻擊目標(biāo)。
在Linux系統(tǒng)中，這種攻擊方式最常見(jiàn)于C/C++編寫(xiě)的程序，因?yàn)檫@些程序使用的是棧來(lái)保存函數(shù)調(diào)用和返回地址等數(shù)據(jù)，而緩沖區(qū)內(nèi)存的大小由程序員自行分配，因此攻擊者有可能通過(guò)精心構(gòu)造的數(shù)據(jù)，將緩沖區(qū)中多余的數(shù)據(jù)覆蓋到棧的其他區(qū)域上，從而實(shí)現(xiàn)攻擊目的。
二、棧溢出攻擊的原理
棧溢出攻擊的原理相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是通過(guò)攻擊者構(gòu)造的一段數(shù)據(jù)，來(lái)覆蓋程序棧中的關(guān)鍵信息或者執(zhí)行指定的代碼。攻擊者通常會(huì)針對(duì)目標(biāo)程序的特定漏洞，輸入特定的數(shù)據(jù)，使得程序的正常行為被破壞。這個(gè)過(guò)程包括以下幾個(gè)步驟：
1.構(gòu)造輸入數(shù)據(jù)：攻擊者需要構(gòu)造特定的數(shù)據(jù)來(lái)觸發(fā)目標(biāo)程序的漏洞。這些數(shù)據(jù)可以是一些特定的字符或者數(shù)字，也可以是一系列指令。
2.利用溢出：攻擊者通過(guò)輸入大量數(shù)據(jù)來(lái)導(dǎo)致目標(biāo)程序的緩沖區(qū)溢出，從而覆蓋到程序棧的其他區(qū)域上。這時(shí)，攻擊者就可以通過(guò)構(gòu)造的輸入數(shù)據(jù)，將其覆蓋到程序特定的內(nèi)存區(qū)域上。
3.執(zhí)行攻擊：一旦攻擊者成功地將數(shù)據(jù)覆蓋到了程序的指定內(nèi)存區(qū)域上，就可以執(zhí)行指定的惡意代碼或者代碼片段。這樣，攻擊者就可以完全控制目標(biāo)程序的行為，來(lái)達(dá)到自己的攻擊目的。
三、棧溢出攻擊的防范措施
在Linux系統(tǒng)中，由于許多應(yīng)用程序都是使用C/C++語(yǔ)言編寫(xiě)的，因此棧溢出攻擊是一種非常常見(jiàn)的攻擊方式。為了保障系統(tǒng)的安全，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)時(shí)，需要針對(duì)棧溢出攻擊采取一系列防護(hù)措施，來(lái)減少攻擊者利用該漏洞攻擊系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。
1.調(diào)試模式的關(guān)閉：在生產(chǎn)環(huán)境下，關(guān)閉應(yīng)用程序的調(diào)試模式，可以有效減少棧溢出攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)閉調(diào)試模式后，攻擊者無(wú)法直接訪問(wèn)程序內(nèi)存，降低了攻擊的可行性。
2.使用代碼分析工具：通過(guò)使用自動(dòng)化代碼分析工具，可以快速發(fā)現(xiàn)程序中存在的潛在漏洞。這些工具可以對(duì)源代碼進(jìn)行分析，從而發(fā)現(xiàn)存在的漏洞，幫助程序員及時(shí)修補(bǔ)漏洞，減少攻擊風(fēng)險(xiǎn)。
3.采用編譯器特性：在編寫(xiě)C/C++程序時(shí)，可以采用編譯器提供的安全編程特性，如編譯器提供的棧溢出保護(hù)等級(jí)，來(lái)減少棧溢出攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。這些特性通常是在編譯程序時(shí)啟用的，可以有效減少棧溢出攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。
4.設(shè)置棧隨機(jī)化：在Linux系統(tǒng)中，可以設(shè)置棧隨機(jī)化，從而減少由于棧的布局相同而產(chǎn)生的攻擊風(fēng)險(xiǎn)。棧隨機(jī)化是一種內(nèi)核級(jí)別的安全機(jī)制，能夠在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)隨機(jī)設(shè)置棧的布局，降低攻擊者利用棧布局的可行性。
4.使用安全框架：對(duì)于業(yè)務(wù)系統(tǒng)中重要的模塊，可以使用一些現(xiàn)成的安全框架，如SDL（安全開(kāi)發(fā)生命周期）框架、SEI的CERT C安全編碼標(biāo)準(zhǔn)等，來(lái)加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。這些框架可以提供安全編碼標(biāo)準(zhǔn)、漏洞檢測(cè)工具等多個(gè)方面的支持，從而減少棧溢出攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。
結(jié)語(yǔ)
棧溢出攻擊是一種重要的安全威脅，不僅僅在Linux系統(tǒng)中嚴(yán)重影響著系統(tǒng)的安全性，而且在其他系統(tǒng)中也是一個(gè)常見(jiàn)的攻擊方式。為了有效防范棧溢出攻擊，依靠程序員本身的經(jīng)驗(yàn)和素質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段采取各種安全措施，來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)棧溢出攻擊的防御能力。本文僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，讀者可以針對(duì)不同場(chǎng)景繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究，來(lái)提高Linux系統(tǒng)安全防范的水平。
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LINUX系統(tǒng)的內(nèi)存管理知識(shí)詳解
內(nèi)存是Linux內(nèi)核所管理的最重要的資源之一。內(nèi)存管理系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中最為重要的部分，因?yàn)橄到y(tǒng)的物理內(nèi)存總是少于系統(tǒng)所需要的內(nèi)存數(shù)量。虛擬內(nèi)存就是為了克服這個(gè)矛盾而采用的策略。系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存通過(guò)在各個(gè)進(jìn)程之間共享內(nèi)存而使系統(tǒng)看起來(lái)有多于實(shí)際內(nèi)存的內(nèi)存容量。Linux支持虛擬內(nèi)存, 就是使用磁盤(pán)作為RAM的擴(kuò)展，使可用內(nèi)存相應(yīng)地有效擴(kuò)大。核心把當(dāng)前不用的內(nèi)存塊存到硬盤(pán)，騰出內(nèi)存給其他目的。當(dāng)原來(lái)的內(nèi)容又要使用時(shí)，再讀回內(nèi)存。以下就是我為大家整理到的詳細(xì)LINUX系統(tǒng)內(nèi)存管理的知識(shí)，歡迎大家閱讀!!!
LINUX系統(tǒng)教程：內(nèi)存管理的知識(shí)詳解
一、內(nèi)存使用情況監(jiān)測(cè)
(1)實(shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)存使用情況
在命令行使用“Free”命令可以監(jiān)控內(nèi)存使用情況
代碼如下:
#free
total used free shared buffers cached
Mem:
-/+ buffers/cache:
Swap:72
上面給出了一個(gè)256兆的RAM和512兆交換空間的系統(tǒng)情況。第三行輸出(Mem:)顯示物理內(nèi)存。total列不顯示核心使用的物理內(nèi)存(通常大約1MB)。used列顯示被使用的內(nèi)存總額(第二行不計(jì)緩沖)。 free列顯示全部沒(méi)使用的內(nèi)存。Shared列顯示多個(gè)進(jìn)程共享的內(nèi)存總額。Buffers列顯示磁盤(pán)緩存的當(dāng)前大小。第五行(Swap:)對(duì)對(duì)換空間，顯示的信息類(lèi)似上面。如果這行為羨芹全0，那么沒(méi)使用對(duì)換空間。在缺省的狀態(tài)下，free命令以千字節(jié)(也就是1024字節(jié)為單位)來(lái)顯示內(nèi)存使用情況。可以使用—h參數(shù)以字節(jié)為單位顯示內(nèi)存使用情況，或者可以兄晌使用—m參數(shù)以兆字節(jié)為單位顯示內(nèi)存使用情況。還可以通過(guò)—s參數(shù)使用命令來(lái)不間斷地監(jiān)視內(nèi)存使用情況：
#free –b –s2
這個(gè)命令將會(huì)在終端窗口中連續(xù)不斷地報(bào)告內(nèi)存的使用情況，每2秒鐘更新一次。
(2)組合watch與 free命令用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)存使用情況：
代碼如下:
#watch -n 2 -d free
Every 2.0s: free Fri Jul 6 06:06:
total used free shared buffers cached
Mem:64784
-/+ buffers/cache:
Swap:15928
watch命令會(huì)每?jī)擅雸?zhí)行 free一次，執(zhí)行前會(huì)清除屏幕，在同樣位置顯示數(shù)據(jù)。因?yàn)?watch命令不會(huì)卷動(dòng)屏幕，所以適合出長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)內(nèi)存使用率?？梢允褂?-n選項(xiàng)，控制執(zhí)行的頻率;也可以利用 -d選項(xiàng)，讓命令將每次不同的地方顯示出來(lái)。Watch命令會(huì)一直執(zhí)行，直到您按下 – 為止。
二、虛擬內(nèi)存的概念
(1)Linux虛擬內(nèi)存實(shí)現(xiàn)機(jī)制
Linux虛擬內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)需要六種機(jī)制的支持：地址映射機(jī)制、內(nèi)存分配回收機(jī)制、緩存和刷新機(jī)制、請(qǐng)求頁(yè)機(jī)制、交換機(jī)制、內(nèi)存共享機(jī)制。
首先內(nèi)存管理程序通過(guò)映射機(jī)制把用戶(hù)程序的邏輯地址映射到物理地址，在用戶(hù)程序運(yùn)行時(shí)如果發(fā)現(xiàn)程序中要用的虛地址沒(méi)有對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存時(shí)，就發(fā)出了請(qǐng)求頁(yè)要求;如果有空閑的內(nèi)存可供分配，就請(qǐng)求分配內(nèi)存(于是用到了內(nèi)存的分配和回收)，并把正在使用的物理頁(yè)記錄在緩存中(使用了緩存機(jī)制)。 如果沒(méi)有足夠的內(nèi)存可供分配，那么就調(diào)用交換機(jī)制，騰出一部分內(nèi)存。另外在地址映射中要通過(guò)TLB(翻譯后援存儲(chǔ)器)來(lái)尋找物理頁(yè);交換機(jī)制中也要羨派鋒用到交換緩存，并且把物理頁(yè)內(nèi)容交換到交換文件中后也要修改頁(yè)表來(lái)映射文件地址。
(2)虛擬內(nèi)存容量設(shè)定
也許有人告訴你，應(yīng)該分配2倍于物理內(nèi)存的虛擬內(nèi)存，但這是個(gè)不固定的規(guī)律。如果你的物理保存比較小，可以這樣設(shè)定。如果你有1G物理內(nèi)存或更多的話，可以縮小一下虛擬內(nèi)存。Linux會(huì)把大量的內(nèi)存用做Cache的,但在資源緊張時(shí)回收回.。你只要看到swap為0或者很小就可以放心了,因?yàn)閮?nèi)存放著不用才是更大的浪費(fèi)。
三、使甩vmstat命令監(jiān)視虛擬內(nèi)存使用情況
vmstat是Virtual Meomory Statistics(虛擬內(nèi)存統(tǒng)計(jì))的縮寫(xiě)，可對(duì)操作系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存、進(jìn)程、CPU活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視。它是對(duì)系統(tǒng)的整體情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不足之處是無(wú)法對(duì)某個(gè)進(jìn)程進(jìn)行深入分析。通常使用vmstat 5 5(表示在5秒時(shí)間內(nèi)進(jìn)行5次采樣)命令測(cè)試。將得到一個(gè)數(shù)據(jù)匯總它可以反映真正的系統(tǒng)情況。
代碼如下:
#vmstat 5 5
procemoryswapiosystemcpu—-
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
54 2
vmstat命令輸出分成六個(gè)部分：
(1)進(jìn)程procs：
r：在運(yùn)行隊(duì)列中等待的進(jìn)程數(shù) 。
b：在等待io的進(jìn)程數(shù) 。
(2)內(nèi)存memoy：
swpd：現(xiàn)時(shí)可用的交換內(nèi)存(單位KB)。
free：空閑的內(nèi)存(單位KB)。
buff: 緩沖去中的內(nèi)存數(shù)(單位：KB)。
cache：被用來(lái)做為高速緩存的內(nèi)存數(shù)(單位：KB)。
(3) swap交換頁(yè)面
si: 從磁盤(pán)交換到內(nèi)存的交換頁(yè)數(shù)量，單位：KB/秒。
so: 從內(nèi)存交換到磁盤(pán)的交換頁(yè)數(shù)量，單位：KB/秒。
(4) io塊設(shè)備:
bi: 發(fā)送到塊設(shè)備的塊數(shù)，單位：塊/秒。
bo: 從塊設(shè)備接收到的塊數(shù)，單位：塊/秒。
(5)system系統(tǒng)：
in: 每秒的中斷數(shù)，包括時(shí)鐘中斷。
cs: 每秒的環(huán)境(上下文)切換次數(shù)。
(6)cpu中央處理器：
cs：用戶(hù)進(jìn)程使用的時(shí)間 。以百分比表示。
sy：系統(tǒng)進(jìn)程使用的時(shí)間。 以百分比表示。
id：中央處理器的空閑時(shí)間 。以百分比表示。
如果 r經(jīng)常大于 4 ，且id經(jīng)常小于40，表示中央處理器的負(fù)荷很重。 如果bi，bo 長(zhǎng)期不等于0，表示物理內(nèi)存容量太小。
四、Linux 服務(wù)器的內(nèi)存泄露和回收內(nèi)存的方法
1、內(nèi)存泄漏的定義：
一般我們常說(shuō)的內(nèi)存泄漏是指堆內(nèi)存的泄漏。堆內(nèi)存是指程序從堆中分配的，大小任意的(內(nèi)存塊的大小可以在程序運(yùn)行期決定)，使用完后必須顯示釋放的內(nèi)存。應(yīng)用程序一般使用malloc，realloc，new等函數(shù)從堆中分配到一塊內(nèi)存，使用完后，程序必須負(fù)責(zé)相應(yīng)的調(diào)用free或釋放該內(nèi)存塊，否則，這塊內(nèi)存就不能被再次使用，我們就說(shuō)這塊內(nèi)存泄漏了。
2、內(nèi)存泄露的危害
從用戶(hù)使用程序的角度來(lái)看，內(nèi)存泄漏本身不會(huì)產(chǎn)生什么危害，作為一般的用戶(hù)，根本感覺(jué)不到內(nèi)存泄漏的存在。真正有危害的`是內(nèi)存泄漏的堆積，這會(huì)最終消耗盡系統(tǒng)所有的內(nèi)存。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，一次性?xún)?nèi)存泄漏并沒(méi)有什么危害，因?yàn)樗粫?huì)堆積，而隱式內(nèi)存泄漏危害性則非常大，因?yàn)檩^之于常發(fā)性和偶發(fā)性?xún)?nèi)存泄漏它更難被檢測(cè)到。存在內(nèi)存泄漏問(wèn)題的程序除了會(huì)占用更多的內(nèi)存外，還會(huì)使程序的性能急劇下降。對(duì)于服務(wù)器而言，如果出現(xiàn)這種情況，即使系統(tǒng)不崩潰，也會(huì)嚴(yán)重影響使用。
3、內(nèi)存泄露的檢測(cè)和回收
對(duì)于內(nèi)存溢出之類(lèi)的麻煩可能大家在編寫(xiě)指針比較多的復(fù)雜的程序的時(shí)候就會(huì)遇到。在 Linux 或者 unix 下，C、C++語(yǔ)言是最使用工具。但是我們的 C++ 程序缺乏相應(yīng)的手段來(lái)檢測(cè)內(nèi)存信息，而只能使用 top 指令觀察進(jìn)程的動(dòng)態(tài)內(nèi)存總額。而且程序退出時(shí)，我們無(wú)法獲知任何內(nèi)存泄漏信息。
使用kill命令
使用Linux命令回收內(nèi)存，我們可以使用Ps、Kill兩個(gè)命令檢測(cè)內(nèi)存使用情況和進(jìn)行回收。在使用超級(jí)用戶(hù)權(quán)限時(shí)使用命令“Ps”，它會(huì)列出所有正在運(yùn)行的程序名稱(chēng)，和對(duì)應(yīng)的進(jìn)程號(hào)(PID)。Kill命令的工作原理是：向Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核送出一個(gè)系統(tǒng)操作信號(hào)和程序的進(jìn)程號(hào)(PID)。
應(yīng)用例子：
為了高效率回收內(nèi)存可以使用命令ps 參數(shù)v：
代碼如下:
# ps v
PID TTY STAT TIME MAJFL TRS DRS RSS %MEM COMMAND
tty1 Ss+ 0:8 0.1 /in/mingetty tty1
tty2 Ss+ 0:8 0.1 /in/mingetty tty2
tty3 Ss+ 0:2 0.1 /in/mingetty tty3
tty4 Ss+ 0:8 0.1 /in/mingetty tty4
tty5 Ss+ 0:2 0.1 /in/mingetty tty5
tty6 Ss+ 0:4 0.1 /in/mingetty tty6
tty7 Ss+ 1:.0 /usr/bin/Xorg :0 -br -a
pts/2 Ss 0:1496 0.6 -bash
pts/4 Ss 0:1472 0.6 /bin/bash
pts/4 S+ 0:48 0.2 ping 192.168.1.12
pts/2 R+ 0:68 0.3 ps v
然后如果想回收Ping命令的內(nèi)存的話，使用命令：
代碼如下:
# Kill
使用工具軟件
Memprof是一個(gè)非常具有吸引力且非常易于使用的軟件，它由Red Hat的Owen Talyor創(chuàng)立。這個(gè)工具是用于GNOME前端的Boehm-Demers-Weiser垃圾回收器。這個(gè)工具直接就可以執(zhí)行，并且其工作起來(lái)無(wú)需對(duì)源代碼進(jìn)行任何修改。在程序執(zhí)行時(shí)，這個(gè)工具會(huì)以圖形化的方式顯示內(nèi)存的使用情況。
相關(guān)介紹：Linux
嚴(yán)格來(lái)講，Linux這個(gè)詞本身只表示Linux內(nèi)核，但人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來(lái)形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫(kù)的操作系統(tǒng)。
Linux擁有以下特性：類(lèi)似于Unix的基本思想，支持完全免費(fèi)與自由傳播，完全兼容POSIX1.0標(biāo)準(zhǔn)，支持多用戶(hù)、多任務(wù)、有著良好的界面、支持多種平臺(tái)。Linux 能運(yùn)行主要的UNIX工具軟件、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它支持32位和64位硬件。Linux繼承了Unix以網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計(jì)思想，是一個(gè)性能穩(wěn)定的多用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。
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當(dāng)前文章：Linux安全必讀：了解棧溢出攻擊的定義(linux棧溢出定義)
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