Linux GDB 調(diào)試程序code Segmentation fault2008-11-05 11:19:24|? 分類： C語言 |? 標(biāo)簽： |字號大
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產(chǎn)生段錯誤就是訪問了錯誤的內(nèi)存段，一般是你沒有權(quán)限，或者根本就不存在對應(yīng)的物理內(nèi)存,尤其常見的是訪問0地址.
一般來說,段錯誤就是指訪問的內(nèi)存超出了系統(tǒng)所給這個程序的內(nèi)存空間，通常這個值是由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，后13位保存相應(yīng)于gdt的下標(biāo)，最后3位包括了程序是否在內(nèi)存中以及程序的在cpu中的運(yùn)行級別,指向的gdt是由以64位為一個單位的表，在這張表中就保存著程序運(yùn)行的代碼段以及數(shù)據(jù)段的起始地址以及與此相應(yīng)的段限和頁面交換還有程序運(yùn)行級別還有內(nèi)存粒度等等的信息。一旦一個程序發(fā)生了越界訪問，cpu就會產(chǎn)生相應(yīng)的異常保護(hù)，于是segmentation fault就出現(xiàn)了.
在編程中以下幾類做法容易導(dǎo)致段錯誤,基本是是錯誤地使用指針引起的
1)訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)，尤其是往 系統(tǒng)保護(hù)的內(nèi)存地址寫數(shù)據(jù)
最常見就是給一個指針以0地址
2)內(nèi)存越界(數(shù)組越界，變量類型不一致等) 訪問到不屬于你的內(nèi)存區(qū)域
解決方法
我們在用C/C++語言寫程序的時侯，內(nèi)存管理的絕大部分工作都是需要我們來做的。實際上，內(nèi)存管理是一個比較繁瑣的工作，無論你多高明，經(jīng)驗多豐富，難免會在此處犯些小錯誤，而通常這些錯誤又是那么的淺顯而易于消除。但是手工“除蟲”（debug），往往是效率低下且讓人厭煩的，本文將就"段錯誤"這個內(nèi)存訪問越界的錯誤談?wù)勅绾慰焖俣ㄎ贿@些"段錯誤"的語句。
下面將就以下的一個存在段錯誤的程序介紹幾種調(diào)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 }
作為一個熟練的C/C++程序員，以上代碼的bug應(yīng)該是很清楚的，因為它嘗試操作地址為0的內(nèi)存區(qū)域，而這個內(nèi)存區(qū)域通常是不可訪問的禁區(qū)，當(dāng)然就會出錯了。我們嘗試編譯運(yùn)行它:
xiaosuo@gentux test $ ./a.out
段錯誤
果然不出所料，它出錯并退出了。
1.利用gdb逐步查找段錯誤:
這種方法也是被大眾所熟知并廣泛采用的方法，首先我們需要一個帶有調(diào)試信息的可執(zhí)行程序，所以我們加上“-g -rdynamic"的參數(shù)進(jìn)行編譯，然后用gdb調(diào)試運(yùn)行這個新編譯的程序,具體步驟如下:
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.
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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(diào)試我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。
從這里我們還發(fā)現(xiàn)進(jìn)程是由于收到了SIGSEGV信號而結(jié)束的。通過進(jìn)一步的查閱文檔(man 7 signal)，我們知道SIGSEGV默認(rèn)handler的動作是打印”段錯誤"的出錯信息，并產(chǎn)生Core文件，由此我們又產(chǎn)生了方法二。
2.分析Core文件：
Core文件是什么呢？
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，我的系統(tǒng)上并沒有找到core文件。后來，憶起為了漸少系統(tǒng)上的拉圾文件的數(shù)量（本人有些潔癖，這也是我喜歡Gentoo的原因之一），禁止了core文件的生成，查看了以下果真如此，將系統(tǒng)的core文件的大小限制在512K大小，再試:
xiaosuo@gentux test $ ulimit -c
0
xiaosuo@gentux test $ ulimit -c 1000
xiaosuo@gentux test $ ulimit -c
1000
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文件終于產(chǎn)生了，用gdb調(diào)試一下看看吧:
xiaosuo@gentux test $ gdb ./a.out core
GNU gdb 6.5
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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，還是一步就定位到了錯誤所在地，佩服一下Linux/Unix系統(tǒng)的此類設(shè)計。
接著考慮下去，以前用windows系統(tǒng)下的ie的時侯，有時打開某些網(wǎng)頁，會出現(xiàn)“運(yùn)行時錯誤”，這個時侯如果恰好你的機(jī)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(jìn)行調(diào)試，如果你選擇是，編譯器將被打開，并進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，開始調(diào)試。
Linux下如何做到這些呢？我的大腦飛速地旋轉(zhuǎn)著，有了，讓它在SIGSEGV的handler中調(diào)用gdb，于是第三個方法又誕生了:
3.段錯誤時啟動調(diào)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] = '';
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(yùn)行效果如下:
xiaosuo@gentux test $ gcc -g -rdynamic f.c
xiaosuo@gentux test $ ./a.out
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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
怎么樣？是不是依舊很酷？
以上方法都是在系統(tǒng)上有g(shù)db的前提下進(jìn)行的，如果沒有呢？其實glibc為我們提供了此類能夠dump棧內(nèi)容的函數(shù)簇，詳見/usr/include/execinfo.h（這些函數(shù)都沒有提供man page，難怪我們找不到），另外你也可以通過gnu的手冊進(jìn)行學(xué)習(xí)。
4.利用backtrace和objdump進(jìn)行分析:
重寫的代碼如下:
#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 ("%sn", strings[i]);
free (strings);
exit(0);
}
int
main (void)
{
signal(SIGSEGV, &dump);
dummy_function ();
return 0;
}
編譯運(yùn)行結(jié)果如下：
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]
這次你可能有些失望,似乎沒能給出足夠的信息來標(biāo)示錯誤,不急,先看看能分析出來什么吧,用objdump反匯編程序,找到地址0x804876f對應(yīng)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
我們還是找到了在哪個函數(shù)(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!