Linux下的段錯誤產生的緣由及調試方法

簡而言之,產生段錯誤就是訪問了錯誤的內存段，通常是你沒有權限，或者根本就不存在對應的物理內存,尤爲常見的是訪問0地址.

通常來講, 段錯誤就是指訪問的內存超出了系統所給這個程序的內存空間，一般這個值是由gdtr來保存的，他是一個48位的寄存器，其中的32位是保存由它指向的 gdt表，後13位保存相應於gdt的下標，最後3位包括了程序是否在內存中以及程序的在cpu中的運行級別,指向的gdt是由以64位爲一個單位的表， 在這張表中就保存着程序運行的代碼段以及數據段的起始地址以及與此相應的段限和頁面交換還有程序運行級別還有內存粒度等等的信息。一旦一個程序發生了越界 訪問，cpu就會產生相應的異常保護，因而segmentation fault就出現了.

在編程中如下幾類作法容易致使段錯誤,基本是 是錯誤地使用指針引發的

1) 訪問系統數據區，尤爲是往系統保護的內存地址寫數據
    最多見就是給一個指針以0地址
2) 內存越界(數組越界，變量類型不一致等) 訪問到不屬於你的內存區域

解決方法

咱們在用C/C++語言寫程序的時侯，內存 管理的絕大部分工做都是須要咱們來作的。實際上，內存管理是一個比較繁瑣的工做，不管你多高明，經驗多豐富，難 免會在此處犯些小錯誤，而一般這些錯誤又是那麼的淺顯而易於消除。可是手工「除蟲」（debug），每每是效率低下且讓人厭煩的，本文將就"段錯誤"這個 內存訪問越界的錯誤談談如何快速定位這些"段錯誤"的語句。
下面將就如下的一個存在段錯誤的程序介紹幾種調試方法：

1  dummy_function (void)      2  {      3          unsigned char *ptr = 0x00;      4          *ptr = 0x00;      5  }      6      7  int main (void)      8  {      9          dummy_function ();     10     11          return 0;     12  }

做 爲一個熟練的C/C++程序員，以上代碼的bug應該是很清楚的，由於它嘗試操做地址爲0的內存區域，而這個內存區域一般是不可訪問的禁區，固然就會出錯 了。咱們嘗試編譯運行它:

xiaosuo@gentux test $ ./a.out 段錯誤

果真 不出所料，它出錯並退出了。
1.利用gdb逐步查找段錯誤:
這 種方法也是被大衆所熟知並普遍採用的方法，首先咱們須要一個帶有調試信息的可執行程序，因此咱們加上「-g -rdynamic"的參數進行編譯，而後用gdb調試運行這個新編譯的程序,具體步驟以下:

xiaosuo@gentux test $ gcc -g -rdynamic d.c xiaosuo@gentux test $ gdb ./a.out GNU gdb 6.5 Copyright (C) 2006 Free Software Foundation, Inc. GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions. Type "show copying" to see the conditions. There is absolutely no warranty for GDB.  Type "show warranty" for details. This GDB was configured as "i686-pc-linux-gnu"...Using host libthread_db library "/lib/libthread_db.so.1". (gdb) r Starting program: /home/xiaosuo/test/a.out Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault. 0x08048524 in dummy_function () at d.c:4 4               *ptr = 0x00; (gdb)

哦？！ 好像不用一步步調試咱們就找到了出錯位置d.c文件的第4行，其實就是如此的簡單。
從這裏咱們還發現進程是因爲收到了SIGSEGV信號而結束 的。經過進一步的查閱文檔(man 7 signal)，咱們知道SIGSEGV默認handler的動做是打印」段錯誤"的出錯信息，並產生Core文件，由此咱們又產生了方法二。
2.分析Core文件：
Core文件是什麼呢？

The  default action of certain signals is to cause a process to terminate and produce a core dump file, a disk file containing an image of the process's memory  at the time of termination.  A list of the signals which cause a process to dump core can be found in signal(7).

以 上資料摘自man page(man 5 core)。不過奇怪了，個人系統上並無找到core文件。後來，憶起爲了漸少系統上的拉圾文件的數量（本人有些潔癖，這也是我喜歡Gentoo的緣由 之一），禁止了core文件的生成，查看了如下果然如此，將系統的core文件的大小限制在512K大小，再試:

xiaosuo@gentux test $ ulimit -c 0       (當前值) xiaosuo@gentux test $ ulimit -c 1000 xiaosuo@gentux test $ ulimit -c 1000 (修改後) xiaosuo@gentux test $ ./a.out 段錯誤 (core dumped) xiaosuo@gentux test $ ls a.out  core  d.c  f.c  g.c  pango.c  test_iconv.c  test_regex.c

core 文件終於產生了，用gdb調試一下看看吧:

xiaosuo@gentux test $ gdb ./a.out core GNU gdb 6.5 Copyright (C) 2006 Free Software Foundation, Inc. GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions. Type "show copying" to see the conditions. There is absolutely no warranty for GDB.  Type "show warranty" for details. This GDB was configured as "i686-pc-linux-gnu"...Using host libthread_db library "/lib/libthread_db.so.1". warning: Can't read pathname for load map: 輸入/輸出錯誤. Reading symbols from /lib/libc.so.6...done. Loaded symbols for /lib/libc.so.6 Reading symbols from /lib/ld-linux.so.2...done. Loaded symbols for /lib/ld-linux.so.2 Core was generated by `./a.out'. Program terminated with signal 11, Segmentation fault. #0  0x08048524 in dummy_function () at d.c:4 4               *ptr = 0x00;

哇，好歷害，仍是一步就定位到了錯誤所在地，佩服一下 Linux/Unix系統的此類設計。
接着考慮下去，之前用windows系統下的ie的時侯，有時打開某些網頁，會出現「運行時錯誤」，這個時 侯若是剛好你的機器上又裝有windows的編譯器的話，他會彈出來一個對話框，問你是否進行調試，若是你選擇是，編譯器將被打開，並進入調試狀態，開始 調試。

Linux下如何作到這些呢？個人大腦飛速地旋轉着，有了，讓它在SIGSEGV的handler中調用gdb，因而第三個方法又誕生了

3.段錯誤時啓動調試:

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <signal.h> #include <string.h> void dump(int signo) {         char buf[1024];         char cmd[1024];         FILE *fh;         snprintf(buf, sizeof(buf), "/proc/%d/cmdline", getpid());         if(!(fh = fopen(buf, "r")))                 exit(0);         if(!fgets(buf, sizeof(buf), fh))                 exit(0);         fclose(fh);         if(buf[strlen(buf) - 1] == '\n')                 buf[strlen(buf) - 1] = '\0';         snprintf(cmd, sizeof(cmd), "gdb %s %d", buf, getpid());         system(cmd);         exit(0); }         void dummy_function (void) {         unsigned char *ptr = 0x00;         *ptr = 0x00; }         int main (void) {         signal(SIGSEGV, &dump);         dummy_function ();         return 0; }

編譯運行效果以下:

xiaosuo@gentux test $ gcc -g -rdynamic f.c xiaosuo@gentux test $ ./a.out GNU gdb 6.5 Copyright (C) 2006 Free Software Foundation, Inc. GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions. Type "show copying" to see the conditions. There is absolutely no warranty for GDB.  Type "show warranty" for details. This GDB was configured as "i686-pc-linux-gnu"...Using host libthread_db library "/lib/libthread_db.so.1". Attaching to program: /home/xiaosuo/test/a.out, process 9563 Reading symbols from /lib/libc.so.6...done. Loaded symbols for /lib/libc.so.6 Reading symbols from /lib/ld-linux.so.2...done. Loaded symbols for /lib/ld-linux.so.2 0xffffe410 in __kernel_vsyscall () (gdb) bt #0  0xffffe410 in __kernel_vsyscall () #1  0xb7ee4b53 in waitpid () from /lib/libc.so.6 #2  0xb7e925c9 in strtold_l () from /lib/libc.so.6 #3  0x08048830 in dump (signo=11) at f.c:22 #4  <signal handler called> #5  0x0804884c in dummy_function () at f.c:31 #6  0x08048886 in main () at f.c:38

怎麼樣？是否是依舊很 酷？
以上方法都是在系統上有gdb的前提下進行的，若是沒有呢？其實glibc爲咱們提供了此類可以dump棧內容的函數簇，詳見/usr /include/execinfo.h（這些函數都沒有提供man page，難怪咱們找不到），另外你也能夠經過gnu的手冊進 行學習。
4.利用backtrace和objdump進行分析:
重 寫的代碼以下:

#include <execinfo.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <signal.h> /* A dummy function to make the backtrace more interesting. */ void  dummy_function (void) {         unsigned char *ptr = 0x00;         *ptr = 0x00; } void dump(int signo) {         void *array[10];         size_t size;         char **strings;         size_t i;         size = backtrace (array, 10);         strings = backtrace_symbols (array, size);         printf ("Obtained %zd stack frames.\n", size);         for (i = 0; i < size; i++)                 printf ("%s\n", strings[i]);         free (strings);         exit(0); } int  main (void) {         signal(SIGSEGV, &dump);         dummy_function ();         return 0; }

編譯運行結果以下：

xiaosuo@gentux test $ gcc -g -rdynamic g.c xiaosuo@gentux test $ ./a.out Obtained 5 stack frames. ./a.out(dump+0x19) [0x80486c2] [0xffffe420] ./a.out(main+0x35) [0x804876f] /lib/libc.so.6(__libc_start_main+0xe6) [0xb7e02866] ./a.out [0x8048601]

此次你可能有些失望,彷佛沒能給出足夠的信息來標示錯誤,不急, 先看看能分析出來什麼吧,用objdump反彙編程序,找到地址0x804876f對應的代碼位置:

xiaosuo@gentux test $ objdump -d a.out

 

8048765:       e8 02 fe ff ff          call   804856c <signal@plt>  804876a:       e8 25 ff ff ff          call   8048694 <dummy_function>  804876f:       b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax  8048774:       c9                      leave

咱們仍是找到了在哪一個函數 (dummy_function)中出錯的,信息已然不是很完整,不過有總比沒有好的啊!
後記:本文給出了分析"段錯誤"的幾種方法,不要認爲這是與孔乙己先生的"回"字四種寫法同樣的哦,由於每種方法都 有其自身的適用範圍和適用環境,請酌情使用,或遵醫囑。