linux C用戶態(tài)調(diào)試追蹤函數(shù)調(diào)用堆棧以及定位段錯(cuò)誤

一般察看函數(shù)運(yùn)行時(shí)堆棧的方法是使用GDB（bt命令）之類(lèi)的外部調(diào)試器,但是,有些時(shí)候?yàn)榱朔治龀绦虻腂UG,(主要針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行程序的分析),在程序出錯(cuò)時(shí)打印出函數(shù)的調(diào)用堆棧是非常有用的。

在glibc頭文件"execinfo.h"中聲明了三個(gè)函數(shù)用于獲取當(dāng)前線程的函數(shù)調(diào)用堆棧。

int backtrace(void **buffer,int size)

該函數(shù)用于獲取當(dāng)前線程的調(diào)用堆棧,獲取的信息將會(huì)被存放在buffer中,它是一個(gè)指針列表。參數(shù) size 用來(lái)指定buffer中可以保存多少個(gè)void* 元素。函數(shù)返回值是實(shí)際獲取的指針個(gè)數(shù),最大不超過(guò)size大小

在buffer中的指針實(shí)際是從堆棧中獲取的返回地址,每一個(gè)堆?？蚣苡幸粋€(gè)返回地址

注意:某些編譯器的優(yōu)化選項(xiàng)對(duì)獲取正確的調(diào)用堆棧有干擾,另外內(nèi)聯(lián)函數(shù)沒(méi)有堆?？蚣?刪除框架指針也會(huì)導(dǎo)致無(wú)法正確解析堆棧內(nèi)容

char ** backtrace_symbols (void *const *buffer, int size)

backtrace_symbols將從backtrace函數(shù)獲取的信息轉(zhuǎn)化為一個(gè)字符串?dāng)?shù)組. 參數(shù)buffer應(yīng)該是從backtrace函數(shù)獲取的指針數(shù)組,size是該數(shù)組中的元素個(gè)數(shù)(backtrace的返回值)

函數(shù)返回值是一個(gè)指向字符串?dāng)?shù)組的指針,它的大小同buffer相同.每個(gè)字符串包含了一個(gè)相對(duì)于buffer中對(duì)應(yīng)元素的可打印信息.它包括函數(shù)名，函數(shù)的偏移地址,和實(shí)際的返回地址

現(xiàn)在,只有使用ELF二進(jìn)制格式的程序才能獲取函數(shù)名稱和偏移地址.在其他系統(tǒng),只有16進(jìn)制的返回地址能被獲取.另外,你可能需要傳遞相應(yīng)的符號(hào)給鏈接器,以能支持函數(shù)名功能(比如,在使用GNU ld鏈接器的系統(tǒng)中,你需要傳遞(-rdynamic)， -rdynamic可用來(lái)通知鏈接器將所有符號(hào)添加到動(dòng)態(tài)符號(hào)表中，如果你的鏈接器支持-rdynamic的話，建議將其加上！)

該函數(shù)的返回值是通過(guò)malloc函數(shù)申請(qǐng)的空間,因此調(diào)用者必須使用free函數(shù)來(lái)釋放指針.

注意:如果不能為字符串獲取足夠的空間函數(shù)的返回值將會(huì)為NULL

void backtrace_symbols_fd (void *const *buffer, int size, int fd)

backtrace_symbols_fd與backtrace_symbols 函數(shù)具有相同的功能,不同的是它不會(huì)給調(diào)用者返回字符串?dāng)?shù)組,而是將結(jié)果寫(xiě)入文件描述符為fd的文件中,每個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)一行.它不需要調(diào)用malloc函數(shù),因此適用于有可能調(diào)用該函數(shù)會(huì)失敗的情況

下面是glibc中的實(shí)例（稍有修改）：

1 #include 2 #include 3 #include 4 5 /* Obtain a backtrace and print it to @code{stdout}. */ 6 void print_trace (void) 7 { 8 void * array[10]; 9 size_t size;10 char ** strings;11 size_t i;12 13 size = backtrace(array, 10);14 strings = backtrace_symbols (array, size);15 if (NULL == strings)16 {17 perror("backtrace_synbols");18 Exit(EXIT_FAILURE);19 }20 21 printf ("Obtained %zd stack frames.\n", size);22 23 for (i = 0; i < size; i++)24 printf ("%s\n", strings[i]);25 26 free (strings);27 　 strings = NULL;28 }29 30 /* A dummy function to make the backtrace more interesting. */31 void dummy_function (void)32 {33 print_trace ();34 }35 36 int main (int argc, char *argv[])37 {38 dummy_function ();39 return 0; 40 }

輸出如下：

Obtained 4 stack frames.
./execinfo() [0x80484dd]
./execinfo() [0x8048549]
./execinfo() [0x8048556]
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf3) [0x70a113]

我們還可以利用這backtrace來(lái)定位段錯(cuò)誤位置。

通常情況系，程序發(fā)生段錯(cuò)誤時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)送SIGSEGV信號(hào)給程序，缺省處理是退出函數(shù)。我們可以使用 signal(SIGSEGV, &your_function);函數(shù)來(lái)接管SIGSEGV信號(hào)的處理，程序在發(fā)生段錯(cuò)誤后，自動(dòng)調(diào)用我們準(zhǔn)備好的函數(shù)，從而在那個(gè)函數(shù)里來(lái)獲取當(dāng)前函數(shù)調(diào)用棧。

舉例如下：

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 7 void dump(int signo) 8 { 9 void *buffer[30] = {0};10 size_t size;11 char **strings = NULL;12 size_t i = 0;13 14 size = backtrace(buffer, 30);15 fprintf(stdout, "Obtained %zd stack frames.nm\n", size);16 strings = backtrace_symbols(buffer, size);17 if (strings == NULL)18 {19 perror("backtrace_symbols.");20 exit(EXIT_FAILURE);21 }22 23 for (i = 0; i < size; i++)24 {25 fprintf(stdout, "%s\n", strings[i]);26 }27 free(strings);28 strings = NULL;29 exit(0);30 }31 32 void func_c()33 {34 *((volatile char *)0x0) = 0x9999;35 }36 37 void func_b()38 {39 func_c();40 }41 42 void func_a()43 {44 func_b();45 }46 47 int main(int argc, const char *argv[])48 {49 if (signal(SIGSEGV, dump) == SIG_ERR)50 perror("can't catch SIGSEGV");51 func_a();52 return 0;53 }

編譯程序：
gcc -g -rdynamic test.c -o test; ./test
輸出如下：

Obtained6stackframes.nm
./backstrace_debug(dump+0x45)[0x80487c9]
[0x468400]
./backstrace_debug(func_b+0x8)[0x804888c]
./backstrace_debug(func_a+0x8)[0x8048896]
./backstrace_debug(main+0x33)[0x80488cb]
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf3)[0x129113]

接著：
objdump -d test > test.s
在test.s中搜索804888c如下：

8048884 :
8048884: 55 push %ebp
8048885: 89 e5 mov %esp, %ebp
8048887: e8 eb ff ff ff call 8048877
804888c: 5d pop %ebp
804888d: c3 ret

其中80488c時(shí)調(diào)用（call 8048877）C函數(shù)后的地址，雖然并沒(méi)有直接定位到C函數(shù)，通過(guò)匯編代碼， 基本可以推出是C函數(shù)出問(wèn)題了（pop指令不會(huì)導(dǎo)致段錯(cuò)誤的）。
我們也可以通過(guò)addr2line來(lái)查看

addr2line 0x804888c -e backstrace_debug -f

輸出：

func_b
/home/astrol/c/backstrace_debug.c:57

?