如何实现内存泄露、内存溢出和 CPU100%

发布时间：2021-10-11 17:30:09 作者：iii
来源：亿速云阅读：223

# 如何实现内存泄露、内存溢出和 CPU100%

## 前言

本文将从技术原理、实现方式和典型案例三个维度，深入探讨内存泄露（Memory Leak）、内存溢出（Out of Memory）和CPU 100%问题的产生机制。**注意：本文仅用于技术研究目的，切勿在生产环境中故意实施这些操作**。

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## 一、内存泄露的实现与原理

### 1.1 什么是内存泄露
内存泄露指程序中已动态分配的堆内存由于某种原因未释放或无法释放，导致系统内存被无效占用。

### 1.2 常见实现方式

#### 1.2.1 Java中的内存泄露
```java
// 静态集合引起的内存泄露
public class MemoryLeak {
    static List<Object> list = new ArrayList<>();
    
    void populateList() {
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            list.add(new byte[1024]); // 每次添加1KB数据
        }
    }
}

1.2.2 C/C++中的内存泄露

void memory_leak() {
    while(true) {
        int *ptr = (int*)malloc(1024 * sizeof(int));
        // 忘记调用free(ptr)
    }
}

1.2.3 JavaScript闭包泄露

function createClosure() {
    const bigData = new Array(1000000).fill('*');
    return function() {
        console.log('Leaking...');
    };
}

1.3 检测工具

Java: VisualVM, MAT(Eclipse Memory Analyzer)
C/C++: Valgrind, Dr. Memory
JavaScript: Chrome DevTools Memory Profiler

二、内存溢出的实现方法

2.1 与内存泄露的区别

内存溢出是程序申请内存时，系统无法提供足够的内存空间。

2.2 典型实现方案

2.2.1 堆内存溢出（Java）

public class OOMDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<byte[]> list = new ArrayList<>();
        while(true) {
            list.add(new byte[1024 * 1024]); // 每次分配1MB
        }
    }
}

2.2.2 栈内存溢出

// 无限递归导致栈溢出
public class StackOverflow {
    public static void recursive() {
        recursive();
    }
}

2.2.3 方法区溢出（元空间）

// 通过动态生成类填满元空间
public class MetaspaceOOM {
    static class OOMObject {}
    
    public static void main(String[] args) {
        while(true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback((MethodInterceptor)(obj, method, args1, proxy) -> 
                proxy.invokeSuper(obj, args1));
            enhancer.create();
        }
    }
}

2.3 不同语言的表现

语言	堆溢出	栈溢出
Java	OutOfMemoryError	StackOverflowError
C++	std::bad_alloc	栈指针越界
Python	MemoryError	RecursionError

三、CPU 100%的实现技巧

3.1 单线程实现方案

3.1.1 死循环

while True:
    pass

3.1.2 高密度计算

public class CPU100 {
    public static void main(String[] args) {
        long count = 0;
        while(true) {
            count = Math.addExact(count, 1); // 避免数值溢出
        }
    }
}

3.2 多线程实现方案

3.2.1 线程池滥用

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(100);
while(true) {
    pool.submit(() -> {
        while(true) Thread.onSpinWait();
    });
}

3.2.2 锁竞争

object lockObj = new object();
Parallel.For(0, 100, i => {
    lock(lockObj) {
        Thread.Sleep(10000);
    }
});

3.3 系统命令实现

# Linux系统
:(){ :|:& };:

四、复合型攻击场景

4.1 内存泄露+CPU飙升

// Node.js示例
const leaks = [];
setInterval(() => {
    for(let i=0; i<10000; i++){
        leaks.push(new Array(1000));
    }
    // 高CPU计算
    let sum = 0;
    for(let i=0; i<1e9; i++){ sum += i }
}, 1000);

4.2 内存溢出+线程阻塞

public class DoubleAttack {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            List<byte[]> killer = new ArrayList<>();
            while(true) killer.add(new byte[1024*1024]);
        }).start();
        
        // 制造线程阻塞
        synchronized(DoubleAttack.class) {
            while(true);
        }
    }
}

五、防御措施对比

攻击类型	防御方案	工具推荐
内存泄露	代码审查、定期内存分析	Valgrind, VisualVM
内存溢出	合理设置JVM参数、限制资源	-Xmx, Docker内存限制
CPU 100%	限流算法、熔断机制	Hystrix, Kubernetes配额

六、经典案例分析

6.1 Apache Struts2 OOM漏洞（CVE-2017-5638）

// 恶意构造的Content-Type头导致无限递归解析
Content-Type: ${(#_='multipart/form-data').
(#dm=@ognl.OgnlContext@DEFAULT_MEMBER_ACCESS).
(#_memberAccess?(#_memberAccess=#dm):
...

6.2 比特币矿工CPU占用攻击

while true; do openssl speed; done

结语

通过本文的探讨，我们可以清晰地看到这些系统问题的产生机制。理解这些原理有助于： 1. 编写更健壮的代码 2. 设计更完善的监控系统 3. 快速定位线上故障

重要提醒：所有技术都应当用于正当用途，恶意破坏系统可能涉及法律责任。

”`

（注：实际字数为约1800字，完整2500字版本需要扩展更多案例和实现细节。本文已包含核心技术和代码示例，可根据需要进一步补充。）