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linux/unix 段错误捕获【续】

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06/23
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本文为“在C/C++中捕获段错误，打印出错的具体位置”的续篇，进一步解决涉及动态链接库的情况。
 
背景知识：
·linux/unix下动态链接库的基本原理
·/proc/pid/maps文件的基本格式
·动态链接库：在进程执行过程中动态加载，进程间可以共享代码，可用在发布升级包等场合
 
概述：
    用户自己编写的代码均编译进了可执行文件里的时候，“在C/C++中捕获段错误，打印出错的具体位置”里给出了在发生段错误（或其他错误，读者可以修改附件里面的头文件，增加捕获的错误类型）的情况下，输出代码执行路径的方法。本文在此基础上，分析了当用户编写的部分代码不在可执行文件中时，如何获取代码执行路径。
    为简洁起见，后文用“原方法”指代前一文章内的分析方法。
 
正文：
先给出本文示例代码（ segvCatch_ext.rar）
命令行下执行的命令行次序如下：
[root@redhat tcpBreak]# g++ -fPIC -shared -g -o libtest.so lib.cpp 
[root@redhat tcpBreak]# g++ -g test.cpp ./libtest.so
[root@redhat tcpBreak]# ./a.out
[root@redhat tcpBreak]# addr2line...(省略)
 
一、出错代码在动态链接库内时，原方法的输出
 
    有些情况下，我们会采用动态链接库，如果出错代码行恰巧在动态链接库内，原方法仍可得到出错时的地址。例如：
  1. signal[8] catched when running code at 8048ab3
  2. signal[8] catched when running code at 4001771b
  3. signal[8] catched when running code at 400176fd
    此例中，调用addr2line小工具的输出为
  1. [root@redhat tcpBreak]# addr2line 8048ab3 4001771b 400176fd -s -C -f -e a.out
  2. main
  3. test.cpp:15
  4. ??
  5. ??:0
  6. ??
  7. ??:0
    显然，后面两个地址翻译不出来了，因为其实出错代码根本不在可执行文件 a.out 内，而是位于一个动态链接库内。
 
二、动态链接库的偏移地址
 
     动态链接库无非就是编译后的代码，里面有一些基本的段、符号信息。如果出错代码行在动态链接库内，那必然可以从动态链接库内找到出错时的代码行号。
     好吧，那就让我们试一下：
  1. [root@redhat tcpBreak]# addr2line 4001771b 400176fd -s -C -f -e libtest.so
  2. ??
  3. ??:0
  4. ??
  5. ??:0
    还是翻译不出来。当然出不来了，因为进程挂掉时输出的地址，和动态链接库文件内的静态偏移地址根本就不是一回事。所以我们需要知道出错时，所输出的代码地址与动态链接库偏移地址之间的关系。
    事实上，每一个进程都对应了一个 /proc/pid 目录，下面记载了诸多与该进程相关的信息，其中有一个maps文件，里面记录了各个动态链接库的加载地址。我们只需要根据所得到的出错地址，以及这个maps文件，就可以得出具体是哪一个库，相应的偏移地址是多少。本文用例产生的输出为：
  1. -------------------------- 进程挂掉时的MAPS文件 --------------------------
  2. 08048000-08049000 r-xp 00000000 00:09 17256 /mnt/hgfs/share/net/tcpBreak/a.out
  3. 08049000-0804a000 rw-p 00001000 00:09 17256 /mnt/hgfs/share/net/tcpBreak/a.out
  4. 0804a000-0804b000 rwxp 00000000 00:00 0
  5. 40000000-40015000 r-xp 00000000 08:02 271023 /lib/ld-2.3.2.so
  6. 40015000-40016000 rw-p 00014000 08:02 271023 /lib/ld-2.3.2.so
  7. 40016000-40017000 rw-p 00000000 00:00 0
  8. 40017000-40018000 r-xp 00000000 00:09 17255 /mnt/hgfs/share/net/tcpBreak/libtest.so
  9. 40018000-40019000 rw-p 00000000 00:09 17255 /mnt/hgfs/share/net/tcpBreak/libtest.so
  10. 40019000-4001b000 rw-p 00000000 00:00 0
  11. 40026000-400cf000 r-xp 00000000 08:02 350892 /usr/lib/libstdc++.so.5.0.3
  12. 400cf000-400d4000 rw-p 000a9000 08:02 350892 /usr/lib/libstdc++.so.5.0.3
  13. 400d4000-400d9000 rw-p 00000000 00:00 0
  14. 400d9000-400fa000 r-xp 00000000 08:02 286922 /lib/tls/libm-2.3.2.so
  15. 400fa000-400fb000 rw-p 00020000 08:02 286922 /lib/tls/libm-2.3.2.so
  16. 400fb000-40102000 r-xp 00000000 08:02 271272 /lib/libgcc_s-3.2.2-20030225.so.1
  17. 40102000-40103000 rw-p 00007000 08:02 271272 /lib/libgcc_s-3.2.2-20030225.so.1
  18. 40103000-40104000 rw-p 00000000 00:00 0
  19. 42000000-4212e000 r-xp 00000000 08:02 286920 /lib/tls/libc-2.3.2.so
  20. 4212e000-42131000 rw-p 0012e000 08:02 286920 /lib/tls/libc-2.3.2.so
  21. 42131000-42133000 rw-p 00000000 00:00 0
  22. bfffd000-c0000000 rwxp ffffe000 00:00 0
  23. -------------------------------------------------------------------------
  24. --------------------------- 进程挂掉时的栈帧 --------------------------
  25. signal[8] catched when running code at 8048ab3
  26. signal[8] catched when running code at 4001771b
  27. signal[8] catched when running code at 400176fd
  28. -------------------------------------------------------------------------
    显然 4001771b 400176fd 对应的库是 libtest.so，偏移地址分别为 71b 6fd。
 
三、临门一脚
 
    知道了对应的动态链接库和偏移地址后，我们进一步用 addr2line 将这个偏移地址翻译一下就可以了。
  1. [root@redhat tcpBreak]# addr2line 71b 6fd -s -C -f -e libtest.so
  2. a()
  3. lib.cpp:14
  4. b()
  5. lib.cpp:10
    至此，大功告成。
 
四、简而言之
 
    不管是否有用到动态链接库，我们将原方法得到的输出，结合进程挂掉时maps文件的内容，就可以得到代码出错时的执行路径。根据代码所在部分，指定相应的文件给 addr2line 的 -e 参数即可。对于上面那个例子：
  1. [root@redhat tcpBreak]# addr2line 8048ab3 -s -C -f -e a.out
  2. main
  3. test.cpp:15
  4. [root@redhat tcpBreak]# addr2line 71b 6fd -s -C -f -e libtest.so
  5. a()
  6. lib.cpp:14
  7. b()
  8. lib.cpp:10
    本文发布的捕获出错执行路径的方法：
        1 在含有main函数的那个源码文件里，包含segvCatch_ext.h这个头文件
        2 具体如何解析出错时代码的执行路径，阅读segvCatch_ext.h头部的说明
    适用场景已经在前一篇文章里面描述过了，有问题可以给我发邮件（fireworks2@foxmail.com）。
 
 
五、似有余味
 
    一个程序启动后，地址是如何进行映射的，MAPS文件是怎么生成的，库又是怎么加载的，自行编写动态链接库时，有什么注意事项...
    这些问题我也不甚明了，因为我自己也没深究过，以后有时间可能会陆续补到博客里面。
 
 
 
参考资料：
[1] Linux debug : addr2line追踪出错地址, http://www.linuxidc.com/Linux/2011-05/35780.htm
[2] addr2line，可以根据一个地址打印出对应的代码行, http://archive.cnblogs.com/a/1996110/
[3] Linux下 /proc/maps 文件分析，http://bbs.chinaunix.net/viewthread.php?tid=2000825
[4] 《程序员的自我修养—链接、装载与库》，俞甲子，石凡，潘爱民. (PS 此书甚好，推荐大家阅读)