포크 폭탄

3. 작동 원리

포크 폭탄은 포크 과정에서 CPU 시간을 소비하고 운영 체제의 프로세스 테이블을 가득 채워 작동한다.^[23][24] 기본적인 포크 폭탄은 자신을 반복적으로 복제하여 실행하는 무한 루프이다.

유닉스 계열 운영 체제에서 포크 폭탄은 일반적으로 fork 시스템 호출을 사용한다.^[24] 포크된 프로세스들은 최초 프로그램의 사본이므로 콜 스택의 다음 주소로부터 실행을 계속하면, 동일한 무한 루프 내에서 무한히 포크를 계속하게 된다. 이는 프로세스의 지수적 성장을 일으킨다. 현대의 유닉스 시스템은 새 프로세스를 포크할 때 카피 온 라이트 자원 관리를 사용하지만,^[25] 포크 폭탄은 일반적으로 시스템 메모리를 포화시키지는 않는다.

마이크로소프트 윈도우 운영 체제는 유닉스의 fork 시스템 호출과 동일한 기능을 갖추고 있지 않다.^[26] 따라서 윈도우에서는 포크 폭탄이 기존 프로세스에서 포크하는 대신 새 프로세스를 만들어야 한다.

포크 폭탄은 빠른 속도로 다수의 프로세스를 생성하여 운영 체제의 프로세스 테이블을 채운다. 프로세스 테이블이 가득 차면, 다른 프로세스를 종료하지 않는 한 새로운 프로세스를 생성할 수 없다. 또한, 포크 폭탄의 프로세스들은 비어 있는 프로세스 슬롯을 빠르게 채우려고 대기한다.

포크 폭탄은 프로세스 테이블뿐만 아니라 프로세서 시간과 메모리도 점유한다. 그 결과 다른 프로세스나 시스템은 동작이 느려지거나 작동 불능 상태가 된다.

악의적인 목적으로 실행되기도 하지만, 일반적인 소프트웨어 개발 과정에서 우연히 발생할 수도 있다. 예를 들어, 네트워크 소켓에서 요청을 대기하는 클라이언트 서버 모델의 서버 프로그램에서 무한 루프와 fork를 이용해 자식 프로세스를 생성하는 경우, 버그로 인해 포크 폭탄처럼 작동할 수 있다.

4. 구현체

포크 폭탄은 다양한 프로그래밍 언어로 구현할 수 있다.

유닉스 계열 운영 체제에서 포크 폭탄은 일반적으로 `fork` 시스템 호출을 사용한다.^[24] 포크된 프로세스들은 최초 프로그램의 사본이므로 콜 스택의 다음 주소로부터 실행을 계속 이어나가 동일한 무한 루프 내에서 무한히 포크를 계속하게 된다. 이는 프로세스의 지수적 성장을 일으킨다. 현대의 유닉스 시스템은 새 프로세스를 포크할 때 카피 온 라이트 자원 관리를 하는 것이 일반적이지만,^[25] 포크 폭탄은 이러한 시스템의 메모리를 포화시키지는 않는다.

마이크로소프트 윈도우 운영 체제는 유닉스의 `fork` 시스템 호출과 동일한 기능을 갖추고 있지 않다.^[26] 따라서 윈도우에서 포크 폭탄은 기존의 것에서 포크하지 않고 새 프로세스를 만드는 방식으로 구현된다.

4. 1. 셸 스크립트

4. 2. C/C++

5. 예방

포크 폭탄을 예방하는 가장 일반적인 방법은 단일 사용자가 소유할 수 있는 프로세스 수를 제한하는 것이다. 리눅스에서는 `ulimit` 유틸리티를 사용하여 이를 수행할 수 있다. 예를 들어 `ulimit -u 30` 명령을 실행하면 영향을 받는 사용자가 최대 30개의 프로세스를 소유할 수 있게 된다.^[28] PAM을 사용하는 시스템에서는 /etc/security/limits.conf에서 이 제한을 설정할 수 있다.^[29] FreeBSD에서는 시스템 관리자가 /etc/login.conf에 제한을 추가할 수 있다.^[30] 최신 리눅스 시스템은 cgroups와 PID 컨트롤러를 통해 더 세분화된 포크 폭탄 방지를 제공한다.^[31]

6. 대처

포크 폭탄이 실행된 경우, 시스템을 재부팅하는 것이 가장 확실한 해결 방법일 수 있다. 그러나 시스템 관리자는 `killall`과 같은 명령어를 사용하여 포크 폭탄 프로세스를 강제 종료시킬 수 있다. 리눅스에서는 procfs를 활용하여 프로세스를 종료시킬 수도 있다. 윈도우에서는 포크 폭탄을 시작한 사용자를 로그아웃시키는 것이 도움이 될 수 있다.

실제 상황에서 시스템 관리자는 비교적 쉽게 포크 폭탄을 억제할 수 있다. 예를 들어 셸 버전 포크 폭탄의 경우, 부모 프로세스가 시스템에 남아있지 않고 바로 종료되기 때문에, 포크 폭탄은 프로세스 테이블을 채우는 동시에 잇따라 종료된다. 따라서 충분히 자주 새로운 프로세스를 시작하면 포크 폭탄 이외의 프로세스를 시작할 가능성이 있으며, 결국 포크 폭탄 프로세스의 개수를 줄여 제거할 수도 있다.

포크 폭탄 프로세스 그룹을 중지시킨 후 종료하려면 다음 명령어를 입력한다.

```bash

killall -STOP processWithBombName

killall -KILL processWithBombName

```

하지만 `killall` 명령은 원자적으로 작동하지 않기 때문에, 시그널을 보내기 전 대상 프로세스가 종료되고 포크 폭탄이 여러 세대 앞서 진행되었을 가능성이 있다.

리눅스에서는 procfs에서 프로세스 테이블에 접근할 수 있으므로, bash의 내장 기능을 사용하여 새 프로세스를 생성하지 않고도 포크 폭탄 프로세스를 종료할 수 있다. 다음은 procfs를 사용하여 문제의 프로세스를 특정하고 중지 및 종료시키는 예시이다.

```bash

cd /proc;

for p in [0-9]*; do read CMDLINE < $p/cmdline; if $CMDLINE == "processWithBombName"; then kill -s SIGSTOP $p; fi; done

for p in [0-9]*; do read CMDLINE < $p/cmdline; if $CMDLINE == "processWithBombName"; then kill -s SIGKILL $p; fi; done

7. 추가 정보

일반적인 소프트웨어 개발 과정에서도 버그로 인해 우발적인 포크 폭탄이 발생할 수 있다. 네트워크 소켓에서 요청을 대기하는 클라이언트 서버 모델의 서버 프로그램은 무한 루프 상태인 경우가 많으며, fork를 통해 자식 프로세스를 생성한다. 이러한 애플리케이션에 버그가 있으면 평가 중에 포크 폭탄처럼 작동할 수 있다.

참조

<sub>[1]</sub> 웹사이트 wabbit http://catb.org/~esr[...] The Jargon Lexicon 2013-10-15
<sub>[2]</sub> 서적 Secure Computer and Network Systems: Modeling, Analysis and Design John Wiley & Sons
<sub>[3]</sub> 서적 Network Dictionary
<sub>[4]</sub> 서적 Operating Systems: A Concept-based Approach McGraw-Hill Higher Education 2006
<sub>[5]</sub> 서적 Python Programming On Win32: Help for Windows Programmers "O'Reilly Media, Inc."
<sub>[6]</sub> Youtube "@echo.%0^{{!}}%0›$^_^.c^md&$_›nul" https://www.youtube.[...] 2024-06-26
<sub>[7]</sub> 간행물 '[RHSA-1999:028-01] Buffer overflow in libtermcap tgetent()' https://groups.googl[...] 1999-08-19
<sub>[8]</sub> 웹사이트 The Open Group Base Specifications Issue 7, 2018 edition IEEE Std 1003.1™-2017 Section 3.235 https://pubs.opengro[...] The Open Group/IEEE
<sub>[9]</sub> 웹사이트 The GNU Bash Reference Manual, Section 3.3 https://www.gnu.org/[...] 2022-12-11
<sub>[10]</sub> 서적 Advanced Bash Scripting Guide
<sub>[11]</sub> 서적 Linux Administration: A Beginners Guide McGraw Hill Professional
<sub>[12]</sub> 서적 Absolute FreeBSD: The Complete Guide to FreeBSD No Starch Press
<sub>[13]</sub> 웹사이트 Process Number Controller in Documentation/ as appeared in Linux kernel 5.3 https://www.kernel.o[...] 2019-10-08
<sub>[14]</sub> 문서 man page of fork http://www.freebsd.o[...]
<sub>[15]</sub> 문서 Understanding Bash fork() bomb ~ :(){ :|:& };: http://www.cyberciti[...]
<sub>[16]</sub> 문서 Wabbit in the Jargon File (The Hackers Dictionary) http://jazz.he.fi/ja[...]
<sub>[17]</sub> 문서 grsecurity Linux kernel patch http://grsecurity.ne[...]
<sub>[18]</sub> 문서 "`man ulimit` online copy of the man page." http://linux.die.net[...]
<sub>[19]</sub> 문서 "`man limits` online copy of the man page." http://linux.die.net[...]
<sub>[20]</sub> 문서 Linux kernel module for fork bomb prevention. http://rexgrep.tripo[...]
<sub>[21]</sub> 문서 FreeBSD - login.conf http://www.freebsd.o[...]
<sub>[22]</sub> 웹인용 wabbit http://catb.org/~esr[...] The Jargon Lexicon 2004-10-01
<sub>[23]</sub> 서적 Secure Computer and Network Systems: Modeling, Analysis and Design https://archive.org/[...]
<sub>[24]</sub> 서적 Network Dictionary https://archive.org/[...]
<sub>[25]</sub> 서적 Operating Systems: A Concept-based Approach 2006
<sub>[26]</sub> 서적 Python Programming On Win32: Help for Windows Programmers https://archive.org/[...]
<sub>[27]</sub> 뉴스 Fork() Bomb - GeeksforGeeks https://www.geeksfor[...] 2017-06-19
<sub>[28]</sub> 서적 Advanced Bash Scripting Guide
<sub>[29]</sub> 서적 Linux Administration: A Beginners Guide
<sub>[30]</sub> 서적 Absolute FreeBSD: The Complete Guide to FreeBSD
<sub>[31]</sub> 웹인용 Process Number Controller in Documentation/ as appeared in Linux kernel 5.3 https://www.kernel.o[...] 2019-10-08