mprotect系统调用用法及示例

mprotect 是 Linux 系统中用于修改内存区域保护权限的系统调用。它允许动态调整已分配内存的访问权限（如读、写、执行），常用于内存安全优化或动态代码生成等场景。

函数原型

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#include <sys/mman.h>

int mprotect(void *addr, size_t len, int prot);

  • 参数：

    • addr：内存区域的起始地址（必须页对齐）。
    • len：内存区域的长度（必须是页大小的整数倍）。
    • prot：新的保护权限，取以下值的位或组合：
      • PROT_NONE：不可访问。
      • PROT_READ：可读。
      • PROT_WRITE：可写。
      • PROT_EXEC：可执行。

  • 返回值：

    • 成功时返回 0，失败返回 -1 并设置 errno。

使用步骤

  1. 获取系统页大小：通过 sysconf(_SC_PAGESIZE) 获取。
  2. 分配对齐的内存：使用 mmap 分配页对齐的内存（malloc 分配的内存可能不符合要求）。
  3. 修改权限：调用 mprotect 调整内存保护权限。
  4. 错误处理：检查返回值，处理可能的错误。

示例代码

以下示例演示如何通过 mprotect 修改内存权限，并观察权限变更后的行为：

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#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

int main() {
    // 获取系统页大小
    long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE);
    if (page_size == -1) {
        perror("sysconf");
        return 1;
    }

    // 分配页对齐的内存，初始权限为 PROT_NONE（不可访问）
    void *mem = mmap(NULL, page_size, PROT_NONE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    if (mem == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        return 1;
    }

    // 修改权限为可读可写
    if (mprotect(mem, page_size, PROT_READ | PROT_WRITE) == -1) {
        perror("mprotect");
        munmap(mem, page_size);
        return 1;
    }

    // 安全写入数据
    *((int *)mem) = 123;
    printf("写入成功：%d\n", *((int *)mem));

    // 修改权限为 PROT_NONE（不可访问）
    if (mprotect(mem, page_size, PROT_NONE) == -1) {
        perror("mprotect");
        munmap(mem, page_size);
        return 1;
    }

    // 尝试访问会触发段错误（程序崩溃）
    printf("尝试访问无权限内存...\n");
    printf("%d\n", *((int *)mem));  // 此行会导致 SIGSEGV

    // 清理内存（实际上不会执行到这里）
    munmap(mem, page_size);
    return 0;
}

关键说明

  1. 页对齐与长度：

    • mprotect 要求地址和长度是页对齐的，因此使用 mmap 而非 malloc 分配内存。
    • 通过 sysconf(_SC_PAGESIZE) 获取页大小（通常为 4096 字节）。

  2. 权限变更效果：

    • 初始分配内存为 PROT_NONE，任何访问均会导致段错误。
    • 修改为 PROT_READ | PROT_WRITE 后，可正常读写。
    • 再次修改为 PROT_NONE 后，访问会触发崩溃。

  3. 错误处理：

    • 检查 mprotect 返回值，失败时通过 perror 输出错误信息。
    • 使用 munmap 释放内存，避免泄漏。

注意事项

  • 信号处理：若需在权限禁止时避免崩溃，可通过捕获 SIGSEGV 信号处理段错误。
  • 执行权限：将内存设置为 PROT_EXEC 后，可执行其中的机器码（需谨慎使用，存在安全风险）。
  • 性能影响：频繁调用 mprotect 可能导致性能下降，因涉及内核操作。