安全关键系统中的堆与栈
24页1、数智创新数智创新 变革未来变革未来安全关键系统中的堆与栈1.堆与栈的存储分布差异1.堆与栈的生命周期区别1.堆与栈的内存分配方式1.堆与栈对系统安全的影响1.栈溢出攻击原理及防御1.堆溢出攻击原理及防御1.堆和栈在安全关键系统中的保障措施1.自动化工具对堆和栈安全的检测Contents Page目录页 堆与栈的存储分布差异安全关安全关键键系系统统中的堆与中的堆与栈栈 堆与栈的存储分布差异存储分配方式1.堆:由程序员显式分配和释放,在运行时分配,分配大小可变。用于存储动态数据结构,如链表、树。2.栈:由编译器自动分配和释放,在函数调用时分配,分配大小固定。用于存储函数参数、局部变量和临时数据。访问方式1.堆:通过指针访问,可以灵活动态地扩展和缩小。但由于指针引用,存在内存泄露和越界访问风险。2.栈:以 LIFO(后进先出)的方式访问,访问效率高,但存储空间受限,无法动态扩展。堆与栈的存储分布差异内存使用效率1.堆:内存利用率较低,分配和释放频繁,容易产生碎片化,造成浪费。2.栈:内存利用率较高,分配和释放高效,不产生碎片化。安全性1.堆:由于使用指针,存在内存泄露、缓冲区溢出等安全漏洞,
2、需要谨慎使用。2.栈:访问受限,不易产生安全漏洞,但栈溢出攻击仍是常见的安全威胁。堆与栈的存储分布差异并行支持1.堆:可以支持多线程并发访问,但需要线程同步机制,避免竞争和死锁。2.栈:一般不支持多线程并发访问,每个线程有自己的栈空间,避免了竞争和死锁。优化策略1.堆:采用内存池、智能指针等优化策略,减少分配释放的开销和内存泄露风险。2.栈:采用帧指针寄存器优化函数调用,减少栈帧切换的开销。堆与栈的生命周期区别安全关安全关键键系系统统中的堆与中的堆与栈栈 堆与栈的生命周期区别堆与栈的生命周期区别1.分配机制:-堆:动态分配,程序运行时根据需要分配 -栈:静态分配,编译时确定2.数据生命周期:-堆:数据存在于堆区中,由程序员负责手动释放 -栈:数据存在于栈区中,函数执行完毕后自动释放3.内存管理:-堆:需要程序员手动管理内存,存在内存泄露风险 -栈:由编译器自动管理内存,不存在内存泄露风险堆中数据释放1.释放方式:-使用 free()或 delete 运算符释放 -通过智能指针(如 shared_ptr)自动释放2.释放时机:-数据不再被使用时应及时释放 -未释放的堆内存会导致内存泄露3
3、.释放错误:-双重释放:重复释放同一块内存 -野指针释放:释放未分配的内存地址 堆与栈的生命周期区别栈中数据释放1.释放方式:-栈中的数据在函数执行完毕后自动释放 -不需要程序员手动释放2.释放时机:-数据所在的函数执行完毕时自动释放3.释放错误:-栈溢出:栈内存被过度使用,导致程序崩溃 堆与栈的内存分配方式安全关安全关键键系系统统中的堆与中的堆与栈栈 堆与栈的内存分配方式主题名称:基于寄存器的堆栈分配1.将堆栈保存在专门的寄存器中,消除了栈指针的开销。2.固定大小的堆栈段,简化了内存管理和减少了碎片化。3.提高性能,因为寄存器访问速度比内存访问更快。主题名称:硬件栈检查1.在硬件级别强制执行栈边界,防止栈溢出攻击。2.使用哨兵值或 canary 值来检测非法的栈操作。3.提高了系统安全性和可靠性。堆与栈的内存分配方式主题名称:分段堆分配1.将堆划分为多个段,具有不同的访问权限和保护级别。2.防止未经授权的代码或数据访问敏感区域,增强了系统隔离。3.简化了内存管理和提高了可扩展性。主题名称:伙伴系统分配1.将空闲内存块划分为大小递减的伙伴,允许高效分配各种大小的块。2.减少了碎片化,提
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