本文简单介绍下 x86 平台 Linux 进程内存布局
一、X86 平台 Linux 进程内存布局
Linux 系统在装载 elf 格式的程序文件时，会调用 loader 把可执行文件中的各个段依次载入到从某一地址开始的空间中（载入地址取决link editor(ld) 和机器地址位数，在 32 位机器上是 0x8048000，即 128M 处）。如下图所示，以 32 位机器为例，首先被载入的是 .text 段，然后是 .data 段，最后是 .bss 段。这可以看作是程序的开始空间。程序所能访问的最后的地址是 0xbfffffff，也就是到 3G 地址处，3G 以上的 1G 空间是内核使用的，应用程序不可以直接访问。应用程序的堆栈从最高地址处开始向下生长，.bss 段与堆栈之间的空间是空闲的，空闲空间被分成两部分，一部分为 heap，一部分为 mmap 映射区域，mmap 映射区域一般从TASK_SIZE/3 的地方开始，但在不同的 Linux 内核和机器上，mmap 区域的开始位置一般是不同的。Heap 和 mmap 区域都可以供用户自由使用，但是它在刚开始的时候并没有映射到内存空间内，是不可访问的。在向内核请求分配该空间之前，对这个空间的访问会导致segmentation fault。用户程序可以直接使用系统调用来管理 heap 和 mmap 映射区域，但更多的时候程序都是使用 C 语言提供的malloc() 和 free() 函数来动态的分配和释放内存。Stack 区域是唯一不需要映射，用户却可以访问的内存区域，这也是利用堆栈溢出进行攻击的基础。
1. 32位模式下进程内存经典布局
这种布局是 Linux 内核 2.6.7 以前的默认进程内存布局形式，mmap 区域与栈区域相对增长，这意味着堆只有 1GB 的虚拟地址空间可以使用，继续增长就会进入 mmap 映射区域，这显然不是我们想要的。这是由于 32 模式地址空间限制造成的，所以内核引入了另一种虚拟地址空间的布局形式，将在下面介绍。但对于 64 位系统，提供了巨大的虚拟地址空间，这种布局就相当好。
2. 32位模式下进程默认内存布局
从上图可以看到，栈至顶向下扩展，并且栈是有界的。堆至底向上扩展，mmap 映射区域至顶向下扩展，mmap 映射区域和堆相对扩展，直至耗尽虚拟地址空间中的剩余区域，这种结构便于 C运行时库使用 mmap 映射区域和堆进行内存分配。上图的布局形式是在内核 2.6.7以后才引入的，这是 32 位模式下进程的默认内存布局形式。 可以看到在不同的段之间会有一定偏移，解决越界问题。
3. 64位模式下进程内存布局
上图是 X86_64 下 Linux 进程的默认内存布局形式，这只是一个示意图，当前内核默认配置下，进程的栈和 mmap 映射区域并不是从一个固定地址开始，并且每次启动时的值都不一样，这是程序在启动时随机改变这些值的设置，使得使用缓冲区溢出进行攻击更加困难。当然也可以让进程的栈和 mmap 映射区域从一个固定位置开始，只需要设置全局变量 randomize_va_space 值为0，这个变量默认值为1。用户可以通过设置 /proc/sys/kernel/randomize_va_space 来停用该特性，也可以用如下命令：
1 | sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0 |