硬件辅助的地址排错程序

注意：本页将介绍如何对 Android 平台组件使用 HWASan。如需了解如何在 HWASan 下运行使用使用 NDK 构建的 Android 应用，请参阅开发者文档。

如需了解如何读取 HWASan 崩溃，请参阅了解 HWASan 报告！

硬件辅助的 AddressSanitizer (HWASan) 是一款类似于 AddressSanitizer 的内存错误检测工具。与 ASan 相比，HWASan 使用的内存少得多，因而更适合用于整个系统的清理。HWASan 仅适用于 Android 10 及更高版本，且只能用于 AArch64 硬件。

虽然 HWASan 主要适用于 C/C++ 代码，但也有助于调试导致用于实现 Java 接口的 C/C++ 代码崩溃的 Java 代码。HWASan 在这种情况下很有用，因为它能捕获到发生的内存错误，并直接将您带到导致问题发生的代码。

您可以通过 ci.android.com，将预构建的 HWASan 映像刷写到支持的 Pixel 设备上（详细设置说明）。

与传统的 ASan 相比，HWASan 具有如下特征：

• 类似的 CPU 开销（约为 2 倍）
• 类似的代码大小开销 (40 - 50%)
• 更小的 RAM 开销 (10% - 35%)

HWASan 能检测到 ASan 所能检测到的同一系列错误：

• 堆栈和堆缓冲区上溢/下溢
• 释放之后的堆使用情况
• 超出范围的堆栈使用情况
• 重复释放/错误释放

此外，HWASan 还可以检测返回之后的堆栈使用情况。

HWASan（与 ASan 相同）与 UBSan 兼容，您可以对一个目标同时启用这二者。

实现详情和限制

HWASan 基于内存标记方法，在这种方法中，小的随机标记值同时与指针和内存地址范围相关联。为使内存访问有效，指针和内存标记必须匹配。HWASan 依赖于 ARMv8 功能 Top-Byte-Ignore（TBI，也称为虚拟地址标记）将指针标记存储在地址的最高位。

如需详细了解 HWASan 的设计，请前往 Clang 文档所在的网站。

从设计上讲，ASan 对检测上溢规定了有限大小的红色区域，并对检测释放后使用情况规定了有限容量隔离区，而 HWASan 则没有这些规定。因此，无论上溢有多大或内存在多久之前解除分配，HWASan 都可以检测到 bug。这赋予 HWASan 比 ASan 大得多的优势。

不过，HWASan 具有有限数量的可能标记值（256 个），这意味着在一次程序执行期间忽略任何 bug 的概率为 0.4%。

要求

较新版本（4.14 及更高版本）的通用 Android 内核开箱即支持 HWASan。Android 10 专属分支不支持 HWASan。

从 Android 11 开始提供对 HWASan 的用户空间支持。

如果您使用的是其他内核，则 HWASan 要求 Linux 内核接受系统调用参数中已加标记的指针。在下列上游补丁集中实现了对此项要求的支持：

• arm64 已标记地址 ABI
• arm64：对传递给内核的用户指针取消标记
• mm：避免在 brk()/mmap()/mremap() 中创建虚拟地址别名
• arm64：验证从内核线程调用的 access_ok() 中的已标记地址

如果您要使用自定义工具链进行构建，请确保它包含直到 LLVM 提交 c336557f 的所有内容。

使用 HWASan

如需使用 HWASan 构建整个平台，请使用以下命令：

lunch aosp_walleye-userdebug # (or any other product)
export SANITIZE_TARGET=hwaddress
m -j

为方便起见，您可以向产品定义中添加 SANITIZE_TARGET 设置，与 aosp_coral_hwasan 类似。

对于熟悉 AddressSanitizer 的用户来说，构建过程中的许多复杂问题都不复存在了：

• 无需运行两次 make。
• 增量 build 可以直接使用。
• 无需刷写 userdata。

此外，还取消了一些 AddressSanitizer 限制：

• 支持静态可执行文件。
• 可以跳过对除 libc 以外的任何目标的排错。与 ASan 不同，如果库经过排错，并不要求对与其关联的任何可执行文件也进行排错。

可以在 build 号相同（或更高）的 HWASan 和常规映像之间自由切换。无需擦除设备。

如需跳过对某个模块的排错，请使用 LOCAL_NOSANITIZE := hwaddress (Android.mk) 或 sanitize: { hwaddress: false } (Android.bp)。

对单个目标进行清理

可以在常规（未排错）build 中按目标启用 HWASan，只要 libc.so 也进行了排错即可。将 hwaddress: true 添加到 bionic/libc/Android.bp 的 "libc_defaults" 中的 sanitize 块。然后，在要处理的目标中执行相同的操作。

请注意，如果对 libc 进行排错，便会在整个系统范围内对堆内存分配添加标记，并检查 libc.so 中的内存操作的标记。如果错误的内存访问位于 libc.so 中（例如经过 delete() 的互斥量上的 pthread_mutex_unlock()），即使在未启用 HWASan 的二进制文件中，这也可能会捕获 bug。

如果整个平台是使用 HWASan 构建的，则无需更改任何 build 文件。

Flashstation

出于开发目的，您可以使用 Flashstation 将支持 HWASan 的 AOSP build 刷写到引导加载程序已解锁的 Pixel 设备上。 选择 _hwasan 目标，例如 aosp_flame_hwasan-userdebug。如需了解详情，请参阅面向应用开发者的 HWASan NDK 文档。

更出色的堆栈轨迹

HWASan 使用基于帧指针的快速展开程序 (unwinder)，根据程序中的每个内存分配和取消分配事件来记录堆栈跟踪信息。默认情况下，Android 在 AArch64 代码中启用帧指针，因此这在实际操作中非常有用。如果您需要通过托管代码展开，请在进程环境中设置 HWASAN_OPTIONS=fast_unwind_on_malloc=0。请注意，错误的内存访问堆栈跟踪会默认使用“慢速”展开程序；此设置仅影响分配和取消分配跟踪。此选项可能对 CPU 要求极高，具体取决于负载。

符号化

请参阅“了解 HWASan 报告”中的符号化。

在应用中使用 HWASan

与 AddressSanitizer 类似，HWASan 无法检查 Java 代码，但可以检测 JNI 库中的 bug。在 Android 14 之前，不支持在非 HWASan 设备上运行 HWASan 应用。

在 HWASan 设备上，可以使用 HWASan 检查应用，方法是使用 Make 中的 SANITIZE_TARGET:=hwaddress 或编译器标志中的 -fsanitize=hwaddress 来构建代码。在搭载 Android 14 或更高版本的非 HWASan 设备上，必须添加 wrap.sh 文件设置 LD_HWASAN=1。如需了解更多详情，请参阅应用开发者文档。