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linux下利用backtrace()定位Segmentation fault错误

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我是靠谱客的博主 粗暴皮皮虾，最近开发中收集的这篇文章主要介绍linux下利用backtrace()定位Segmentation fault错误，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

0x00 前言

文章中的文字可能存在语法错误以及标点错误，请谅解；

如果在文章中发现代码错误或其它问题请告知，感谢！

0x01 Segmentation fault出错原因

当我们在运行一个程序，有时会碰到终端打印出“Segmentation fault (core dumped)”提示，出现这种错误主要是对内存操作不当导致，属于代码编写逻辑的问题，比如在代码中对空指针或野指针进行了读写操作，数据越界访问等等。

这个问题在代码编程中很常见，而且出现该段错误（Segmentation fault）和编译时出现的错误不一样，不会定位到出错的具体代码行，所以我们一般可以利用signal（）和backtrace（）来定位出现段错误位置。

0x02 定位Segmentation fault思路

程序（进程）产生Segmentation fault错误时，系统内核程序会发送一个SIGSEGV信号通知程序有不合法内存引用的事件发生。如何处理这个信号，需要由该程序本身决定。若我们在程序中没有编写任何针对该信号的处理函数，系统则按照默认的方式处理传过来的信号（终止程序运行）。
所以，我们要想在收到SIGSEGV信号后，将程序的堆栈帧数据进行输出，从而对Segmentation fault进行错误定位，就应该注册针对该信号的信号处理函数，该函数含有backtrace()以及 backtrace_symbols()函数（用来获取函数调用的堆栈帧数据），这样一旦发生了内存引用错误，在我们在信号处理函数中，通过得到的堆栈帧数据就可以知道是程序的哪个位置出现了段错误。

0x03 backtrace()、 backtrace_symbols()函数简介

int backtrace(void * * buffer,int size)
用来获取当前程序调用堆栈，获取到的信息存放在buffer中，它是一个指针数。参数size用来指定buffer中可以保存多少个void* 元素。函数返回值是实际获取的指针个数，最大不超过size大小。在buffer中的指针实际是从堆栈中获取的返回地址，每一个调用堆栈有一个返回地址。

char * * backtrace_symbols (void * const * buffer, int size)
将从 backtrace(）中获取的信息转化成 一个字符串数组。参数buffer应该是从backtrace（）获取的数组指针，size是该数组中的元素个数（backtrace（）返回值），该函数返回值是一个指向字符串数组的指针，它的大小和buffer相同。每个字符串包含一个先对于buffer中对应元素可打印信息。包括函数名，函数的偏移地址，和实际的返回地址。

void backtrace_symbols_fd (void * const * buffer, int size, int fd)
backtrace_symbols_fd与backtrace_symbols 函数具有相同的功能,不同的是它不会给调用者返回字符串数组,而是将结果写入文件描述符为fd的文件中,每个函数对应一行.它不需要调用malloc函数,因此适用于有可能调用该函数会失败的情况。

它们由GNU C Library提供，关于它们更详细的介绍可参考Linux Programmer’s Manual中关于backtrack相关函数的介绍。

0x04 静态链接情况下的段错误定位

1.测试代码


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stddef.h>
#include <execinfo.h>
#include <signal.h>

#define BACKTRACE_SIZE   16

void dump(void)
{
        int j, nptrs;
        void *buffer[BACKTRACE_SIZE];
        char **strings;

        nptrs = backtrace(buffer, BACKTRACE_SIZE);

        printf("backtrace() returned %d addressesn", nptrs);

        strings = backtrace_symbols(buffer, nptrs);
        if (strings == NULL) {
                perror("backtrace_symbols");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        for (j = 0; j < nptrs; j++)
                printf("  [%02d] %sn", j, strings[j]);

        free(strings);
}

void signal_handler(int signo)
{


        printf("n=========>>>catch signal %d <<<=========n", signo);

        printf("Dump stack start...n");
        dump();
        printf("Dump stack end...n");

        signal(signo, SIG_DFL); //对该信号进行默认处理 
        raise(signo);           // 向自身发信号 
}

void func_c()
{
 *((volatile char *)0x0) = 0x9999;
}

void func_b()
{
 func_c();
}

void func_a()
{
 func_b();
}

int main()
{	
    signal(SIGSEGV, signal_handler);  //为SIGSEGV信号安装新的处理函数 
    func_a();
    return 0;
}

2. 编译及运行

使用gcc将上述测试程序编译成可执行文件并执行：
在这里插入图片描述

3.段错误定位分析

由此可见是调用func_c后就调用了段错误处理函数，所以问题出现在func_c中，准确的定位到 0x400c11处，但到底对应的是程序的具体行，使用addr2line命令得到：
在这里插入图片描述

0x05 动态链接情况下的错误信息分析定位

上例为使用静态库程序对进行段错误进行定位，但是通常我们调试的程序中会加载很多的动态链接库，若错误发生在动态链接库里的话那么定位处理会比较麻烦，不过也可以解决。现在把上例中的func. c函数拿出来封装成一个动态库libfunc. so， 再看看段错误定位时会出现什么情况：

1.测试代码

func.c:

#include <stdio.h>
void func_b()
{
 func_c();
}

test.c:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stddef.h>
#include <execinfo.h>
#include <signal.h>

#define BACKTRACE_SIZE   16

void dump(void)
{
        int j, nptrs;
        void *buffer[BACKTRACE_SIZE];
        char **strings;

        nptrs = backtrace(buffer, BACKTRACE_SIZE);

        printf("backtrace() returned %d addressesn", nptrs);

        strings = backtrace_symbols(buffer, nptrs);
        if (strings == NULL) {
                perror("backtrace_symbols");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        for (j = 0; j < nptrs; j++)
                printf("  [%02d] %sn", j, strings[j]);

        free(strings);
}

void signal_handler(int signo)
{


        printf("n=========>>>catch signal %d <<<=========n", signo);

        printf("Dump stack start...n");
        dump();
        printf("Dump stack end...n");

        signal(signo, SIG_DFL); //对该信号进行默认处理 
        raise(signo);           // 向自身发信号 
}

void func_b()
{
 func_c();
}

void func_a()
{
 func_b();
}

int main()
{
	#if 0	
	char buff[64] = {0x00};
		
	sprintf(buff,"cat /proc/%d/maps", getpid());
		
	system((const char*) buff);
	#endif	
	
    signal(SIGSEGV, signal_handler);  //为SIGSEGV信号安装新的处理函数 
    func_a();
    return 0;
}

2. 编译及运行

将func.c生成编译libfunc. so:

gcc -g -rdynamic func.c -fPIC -shared -o libfunc.so

其中：
-shared ：指定生成动态链接库。
-fPIC ：表示编译为位置独立的代码，用于编译共享库。目标文件需要创建成位置无关码，就是在可执行程序装载它们的时候，它们可以放在可执行程序的内存里的任何地方。

将test.c编译test可执行文件：

gcc -g -rdynamic test.c -L. -lfunc -Wl,-rpath=. -o test

其中：
-L.：编译时链接当前目录的. so。
-Wl,-rpath=.:指定程序执行时动态链接库搜索路径为当前目录，否则会出现执行找不到.so的错误。

执行test结果如下：
在这里插入图片描述

3.段错误定位分析

然后我们使用addr2line命令会发现无法定位段错误：
在这里插入图片描述
出现这种情况是因为动态链接库是程序运行时动态加载的，0xb77124f3不是一个实际的物理地址，而是经过MMU（内存管理单元）映射过的。

有上面的认识后那我们就只需要得到此次libfunc.so的加载地址然后用0xb77124f3这个地址减去libfunc.so的加载地址得到的结果后利用addr2line命令就可以正确的得到出错的地方；

另外我们注意到func_c+0x8其实也是在描述出错的地方，这里表示的是发生在func偏移0x1a处的地方，也就是说如果我们能得到func在程序中的入口地址再加上偏移量0x8也能得到正常的出错地址。

我们先利用第一种方法即试图得到libfunc.so的加载地址来解决这个问题。可以使用查看进程的maps文件来了解进程的内存使用情况和动态链接库的加载情况，所以我们在打印栈信息前再把进程的maps文件也打印出来，在test.c的main函数中加入如下代码：

	char buff[64] = {0x00};
		
	sprintf(buff,"cat /proc/%d/maps", getpid());
		
	system((const char*) buff);

编译后执行：
在这里插入图片描述
Maps信息第一项表示的为地址范围如第一条记录中的08048000-08049000，第二项r-xp分别表示只读、可执行、私有的，由此可知这里存放的为libfunc.so的text段为代码段，后面的栈信息0xb776d4f3也正好是落在了这个区间。所有我们正确的地址应为0xb776d4f3- 0xb776d000= 0x4f3，将这个地址利用addr2line命令得到如下结果：
在这里插入图片描述

然后我们看一下第二种方法：使用func函数的入口地址加上偏移来得到正确得段错误地址。要得到一个函数的入口地址的方法有很多，比如查看map文件gcc的nm或readelif等命令。本篇文章使用map方法。

利用gcc编译将libfunc.so生成的map文件:

gcc -g -rdynamic func.c -fPIC -shared -o libfunc.so -Wl,-Map,add.map

Map文件中将包含关于libfunc.so新，我们该文件中包含func名就可以找到其在.text段的地址：
在这里插入图片描述红框中地址为0x4eb，加上刚才偏移0x8得到4F3，和第一种方法等到得值一样，然后将这个地址利用addr2line命令得到如下结果：
在这里插入图片描述

另外，需要注意的是，当程序执行到signal（）的时候，并不意味着这一行程序要对该信号立刻做什么操作，而是告诉系统当有对应信号传来时对这个信号用什么程序处理。

0x06 其它解决Segmentation fault方法

对于Segmentation fault，我们还可以使用core和gdb方法定位出错位置。可参考以下链接：
1.https://blog.csdn.net/kevinguozuoyong/article/details/6596336
2.https://blog.csdn.net/qq_39666638/article/details/77099284

以上。
参考文档：
1.http://velep.com/archives/1032.html
2.http://www.cnblogs.com/mickole/p/3246702.html
3.https://www.linuxidc.com/Linux/2012-11/73470p2.htm
4.https://blog.csdn.net/jxgz_leo/article/details/53458366

最后

以上就是粗暴皮皮虾为你收集整理的linux下利用backtrace()定位Segmentation fault错误的全部内容，希望文章能够帮你解决linux下利用backtrace()定位Segmentation fault错误所遇到的程序开发问题。

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本图文内容来源于网友提供，作为学习参考使用，或来自网络收集整理，版权属于原作者所有。
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