Segment fault及LINUX core dump详解

C 程序在进行中发生segment fault(core dump)错误，通常与内存操作不当有关，主要有以下几种情况：

（1）数组越界。

（2）修改了只读内存。

（3）scanf("%d",n)，n不是指针。

……

1. 前言:
有的程序可以通过编译, 但在运行时会出现Segment fault(段错误). 这通常都是指针错误引起的.
但这不像编译错误一样会提示到文件->行, 而是没有任何信息, 使得我们的调试变得困难起来.


2. gdb:
有一种办法是, 我们用gdb的step, 一步一步寻找. 
这放在短小的代码中是可行的, 但要让你step一个上万行的代码, 我想你会从此厌恶程序员这个名字, 而把他叫做调试员.
我们还有更好的办法, 这就是core file.


3. ulimit:
如果想让系统在信号中断造成的错误时产生core文件, 我们需要在shell中按如下设置:
#设置core大小为无限
ulimit -c unlimited
#设置文件大小为无限
ulimit unlimited


这些需要有root权限, 在ubuntu下每次重新打开中断都需要重新输入上面的第一条命令, 来设置core大小为无限.


4. 用gdb查看core文件:
下面我们可以在发生运行时信号引起的错误时发生core dump了.
发生core dump之后, 用gdb进行查看core文件的内容, 以定位文件中引发core dump的行.
gdb [exec file] [core file]
如:
gdb ./test test.core
在进入gdb后, 用bt命令查看backtrace以检查发生程序运行到哪里, 来定位core dump的文件->行.


当我们的程序崩溃时，内核有可能把该程序当前内存映射到core文件里，方便程序员找到程序出现问题的地方。最常出现的，几乎所有C程序员都出现过的错误就是“段错误”了。也是最难查出问题原因的一个错误。下面我们就针对“段错误”来分析core文件的产生、以及我们如何利用core文件找到出现崩溃的地方。


何谓core文件


当一个程序崩溃时，在进程当前工作目录的core文件中复制了该进程的存储图像。core文件仅仅是一个内存映象(同时加上调试信息)，主要是用来调试的。


当程序接收到以下UNIX信号会产生core文件：

名字	说明	ANSI C  POSIX.1	SVR4  4.3+BSD	缺省动作
SIGABRT	异常终止(abort)	.       .	.      .	终止w/core
SIGBUS	硬件故障	.	.      .	终止w/core
SIGEMT	硬件故障		.      .	终止w/core
SIGFPE	算术异常	.       .	.      .	终止w/core
SIGILL	非法硬件指令	.       .	.      .	终止w/core
SIGIOT	硬件故障		.      .	终止w/core
SIGQUIT	终端退出符	.	.      .	终止w/core
SIGSEGV	无效存储访问	.       .	.      .	终止w/core
SIGSYS	无效系统调用		.      .	终止w/core
SIGTRAP	硬件故障		.      .	终止w/core
SIGXCPU	超过CPU限制(setrlimit)		.      .	终止w/core
SIGXFSZ	超过文件长度限制(setrlimit)		.      .	终止w/core

在系统默认动作列，“终止w/core”表示在进程当前工作目录的core文件中复制了该进程的存储图像（该文件名为core，由此可以看出这种功能很久之前就是UNIX功能的一部分）。大多数UNIX调试程序都使用core文件以检查进程在终止时的状态。


core文件的产生不是POSIX.1所属部分,而是很多UNIX版本的实现特征。UNIX第6版没有检查条件(a)和(b)，并且其源代码中包含如下说明：“如果你正在找寻保护信号，那么当设置-用户-ID命令执行时，将可能产生大量的这种信号”。4.3 + BSD产生名为core.prog的文件，其中prog是被执行的程序名的前1 6个字符。它对core文件给予了某种标识，所以是一种改进特征。


表中“硬件故障”对应于实现定义的硬件故障。这些名字中有很多取自UNIX早先在DP-11上的实现。请查看你所使用的系统的手册，以确切地确定这些信号对应于哪些错误类型。


下面比较详细地说明这些信号。


? SIGABRT 调用abort函数时产生此信号。进程异常终止。


? SIGBUS  指示一个实现定义的硬件故障。


? SIGEMT  指示一个实现定义的硬件故障。


EMT这一名字来自PDP-11的emulator trap 指令。


? SIGFPE  此信号表示一个算术运算异常，例如除以0，浮点溢出等。


? SIGILL  此信号指示进程已执行一条非法硬件指令。


4.3BSD由abort函数产生此信号。SIGABRT现在被用于此。


? SIGIOT  这指示一个实现定义的硬件故障。


IOT这个名字来自于PDP-11对于输入／输出TRAP(input/output TRAP)指令的缩写。系统V的早期版本，由abort函数产生此信号。SIGABRT现在被用于此。


? SIGQUIT 当用户在终端上按退出键（一般采用Ctrl-\）时，产生此信号，并送至前台进


程组中的所有进程。此信号不仅终止前台进程组（如SIGINT所做的那样），同时产生一个core文件。


? SIGSEGV 指示进程进行了一次无效的存储访问。


名字SEGV表示“段违例（segmentation violation）”。


? SIGSYS  指示一个无效的系统调用。由于某种未知原因，进程执行了一条系统调用指令，


但其指示系统调用类型的参数却是无效的。


? SIGTRAP 指示一个实现定义的硬件故障。


此信号名来自于PDP-11的TRAP指令。


? SIGXCPU SVR4和4.3+BSD支持资源限制的概念。如果进程超过了其软C P U时间限制，则产生此信号。


? SIGXFSZ 如果进程超过了其软文件长度限制，则SVR4和4.3+BSD产生此信号。


摘自《UNIX环境高级编程》第10章 信号。


 


使用core文件调试程序


看下面的例子：


/*core_dump_test.c*/
 #include <stdio.h>
const char *str = "test";
void core_test(){
    str[1] = 'T';
}


int main(){
    core_test();
    return 0;
}


编译：
gcc –g core_dump_test.c -o core_dump_test


如果需要调试程序的话，使用gcc编译时加上-g选项，这样调试core文件的时候比较容易找到错误的地方。


执行：
 ./core_dump_test
段错误


运行core_dump_test程序出现了“段错误”，但没有产生core文件。这是因为系统默认core文件的大小为0，所以没有创建。可以用ulimit命令查看和修改core文件的大小。
ulimit -c 0
ulimit -c 1000
ulimit -c 1000


-c 指定修改core文件的大小，1000指定了core文件大小。也可以对core文件的大小不做限制，如：


ulimit -c unlimited
ulimit -c unlimited


如果想让修改永久生效，则需要修改配置文件，如 .bash_profile、/etc/profile或/etc/security/limits.conf。


再次执行：
./core_dump_test
段错误 (core dumped)
ls core.*
core.6133


可以看到已经创建了一个core.6133的文件.6133是core_dump_test程序运行的进程ID。


调式core文件
core文件是个二进制文件，需要用相应的工具来分析程序崩溃时的内存映像。


file core.6133


core.6133: ELF 32-bit LSB core file Intel 80386, version 1 (SYSV), SVR4-style, from 'core_dump_test'


在Linux下可以用GDB来调试core文件。


gdb core_dump_test core.6133


GNU gdb Red Hat Linux (5.3post-0.20021129.18rh)
Copyright 2003 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 "i386-redhat-linux-gnu"...
Core was generated by `./core_dump_test'.
Program terminated with signal 11, Segmentation fault.
Reading symbols from /lib/tls/libc.so.6...done.
Loaded symbols for /lib/tls/libc.so.6
Reading symbols from /lib/ld-linux.so.2...done.
Loaded symbols for /lib/ld-linux.so.2
#0  0x080482fd in core_test () at core_dump_test.c:7
7           str[1] = 'T';
(gdb) where
#0  0x080482fd in core_test () at core_dump_test.c:7
#1  0x08048317 in main () at core_dump_test.c:12
#2  0x42015574 in __libc_start_main () from /lib/tls/libc.so.6


GDB中键入where，就会看到程序崩溃时堆栈信息（当前函数之前的所有已调用函数的列表（包括当前函数），gdb只显示最近几个），我们很容易找到我们的程序在最后崩溃的时候调用了core_dump_test.c 第7行的代码，导致程序崩溃。注意：在编译程序的时候要加入选项-g。您也可以试试其他命令，　如　fram、list等。更详细的用法，请查阅GDB文档。


core文件创建在什么位置


在进程当前工作目录的下创建。通常与程序在相同的路径下。但如果程序中调用了chdir函数，则有可能改变了当前工作目录。这时core文件创建在chdir指定的路径下。有好多程序崩溃了，我们却找不到core文件放在什么位置。和chdir函数就有关系。当然程序崩溃了不一定都产生core文件。


什么时候不产生core文件


在下列条件下不产生core文件：
( a )进程是设置-用户-ID，而且当前用户并非程序文件的所有者；
( b )进程是设置-组-ID，而且当前用户并非该程序文件的组所有者；
( c )用户没有写当前工作目录的许可权；
( d )文件太大。core文件的许可权(假定该文件在此之前并不存在)通常是用户读/写，组读和其他读。


利用GDB调试core文件，当遇到程序崩溃时我们不再束手无策。

名字	说明	ANSI C  POSIX.1	SVR4  4.3+BSD	缺省动作
SIGABRT	异常终止(abort)	.       .	.      .	终止w/core
SIGBUS	硬件故障	.	.      .	终止w/core
SIGEMT	硬件故障		.      .	终止w/core
SIGFPE	算术异常	.       .	.      .	终止w/core
SIGILL	非法硬件指令	.       .	.      .	终止w/core
SIGIOT	硬件故障		.      .	终止w/core
SIGQUIT	终端退出符	.	.      .	终止w/core
SIGSEGV	无效存储访问	.       .	.      .	终止w/core
SIGSYS	无效系统调用		.      .	终止w/core
SIGTRAP	硬件故障		.      .	终止w/core
SIGXCPU	超过CPU限制(setrlimit)		.      .	终止w/core
SIGXFSZ	超过文件长度限制(setrlimit)		.      .	终止w/core