Linux内核调试方法总结之coredump

什么是core dump?

分析core dump是Linux应用程序调试的一种有效方式,像内核调试抓取ram dump一样,core dump主要是获取应用程序崩溃时的现场信息,如程序运行时的内存、寄存器状态、堆栈指针、内存管理信息、函数调用堆栈信息等。

Core dump又称为“核心转储”,是Linux基于信号实现的。Linux中信号是一种异步事件处理机制,每种信号都对应有默认的异常处理操作,默认操作包括忽略该信号(Ignore)、暂停进程(Stop)、终止进程(Terminate)、终止并产生core dump(Core)等。

Signal Value Action Comment
SIGHUP 1 Term Hangup detected on controlling terminal or death of controlling process
SIGINT 2 Term Interrupt from keyboard
SIGQUIT 3 Core Quit from keyboard
SIGILL 4 Core Illegal Instruction
SIGTRAP 5 Core Trace/breakpoint trap
SIGABRT 6 Core Abort signal from abort(3)
SIGIOT 6 Core IOT trap. A synonym for SIGABRT
SIGEMT 7 Term  
SIGFPE 8 Core Floating point exception
SIGKILL 9 Term Kill signal, cannot be caught, blocked or ignored.
SIGBUS 10,7,10 Core Bus error (bad memory access)
SIGSEGV 11 Core Invalid memory reference
SIGPIPE 13 Term Broken pipe: write to pipe with no readers
SIGALRM 14 Term Timer signal from alarm(2)
SIGTERM 15 Term Termination signal
SIGUSR1 30,10,16 Term User-defined signal 1
SIGUSR2 31,12,17 Term User-defined signal 2
SIGCHLD 20,17,18 Ign Child stopped or terminated
SIGCONT 19,18,25 Cont Continue if stopped
SIGSTOP 17,19,23 Stop Stop process, cannot be caught, blocked or ignored.
SIGTSTP 18,20,24 Stop Stop typed at terminal
SIGTTIN 21,21,26 Stop Terminal input for background process
SIGTTOU 22,22,27 Stop Terminal output for background process
SIGIO 23,29,22 Term I/O now possible (4.2BSD)
SIGPOLL   Term Pollable event (Sys V). Synonym for SIGIO
SIGPROF 27,27,29 Term Profiling timer expired
SIGSYS 12,31,12 Core Bad argument to routine (SVr4)
SIGURG 16,23,21 Ign Urgent condition on socket (4.2BSD)
SIGVTALRM  26,26,28 Term Virtual alarm clock (4.2BSD)
SIGXCPU 24,24,30 Core CPU time limit exceeded (4.2BSD)
SIGXFSZ 25,25,31 Core File size limit exceeded (4.2BSD)
SIGSTKFLT 16 Term Stack fault on coprocessor (unused)
SIGCLD 18 Ign A synonym for SIGCHLD
SIGPWR 29,30,19 Term Power failure (System V)
SIGINFO 29   A synonym for SIGPWR, on an alpha
SIGLOST 29 Term File lock lost (unused), on a sparc
SIGWINCH 28,28,20 Ign Window resize signal (4.3BSD, Sun)
SIGUNUSED 31 Core Synonymous with SIGSYS

 

什么情况下会产生core dump呢?

以下情况会出现应用程序崩溃导致产生core dump:

  1. 内存访问越界 (数组越界、字符串无\n结束符、字符串读写越界)
  2. 多线程程序中使用了线程不安全的函数,如不可重入函数
  3. 多线程读写的数据未加锁保护(临界区资源需要互斥访问)
  4. 非法指针(如空指针异常或者非法地址访问)
  5. 堆栈溢出

 

怎么获取core dump呢?

Linux提供了一组命令来配置core dump行为:

1. ulimit –c 查看core dump机制是否使能,若为0则默认不产生core dump,可以使用ulimit –c unlimited使能core dump

    

2. cat /proc/sys/kernel/core_pattern 查看core文件默认保存路径,默认情况下是保存在应用程序当前目录下,但是如果应用程序中调用chdir()函数切换了当前工作目录,则会保存在对应的工作目录

3. echo “/data/xxx/” > /proc/sys/kernel/core_pattern 指定core文件保存路径和文件名,其中core_file可以使用以下通配符:

%% 单个%字符

%p 所dump进程的进程ID

%u 所dump进程的实际用户ID

%g 所dump进程的实际组ID

%s 导致本次core dump的信号

%t core dump的时间 (由1970年1月1日计起的秒数)

%h 主机名

%e 程序文件名

4. ulimit –c [size] 指定core文件大小,默认是不限制大小的,如果自定义的话,size值必须大于4,单位是block(1block = 512bytes)

 

怎么分析core dump?

我们首先编写一个程序,人为地产生core dump并获取core dump文件。

 Linux内核调试方法总结之coredump_第1张图片

程序如上图,我们通过除零操作产生core dump

 

编译运行产生了浮点数异常,从而引发core dump (注:编译时必须添加-g参数,表示添加调试信息,这样才可以使用gdb进行调试)

 

当前目录下产生了core文件,使用file命令查看core文件类型

 

发现core文件类型为ELF格式,使用readelf查看ELF文件头部信息如下

 Linux内核调试方法总结之coredump_第2张图片

通过Type字段可以看到,该文件为core文件

 

前面我们讲到core dump可以查看应用程序崩溃时的现场信息,这里,我们需要gdb命令辅助实现,使用gdb test core(即test可执行文件和core文件)

 Linux内核调试方法总结之coredump_第3张图片

“Program terminated with signal 8, Arithmetic exception”表示应用程序是因为接收到Linux内核发出的Signal 8信号量而终止执行,Signal 8是SIGFPE,即浮点数异常。同时打印出了出问题的代码行result = a/b。

Linux内核调试方法总结之coredump_第4张图片

通过bt –n (backtrace)命令可以显示函数调用栈信息,n表示显示的调用栈层数,不指定则打印完整调用栈。因为test.c调试程序不涉及函数调用,所以我们只能看到main函数的栈信息,如果程序是在main函数的字函数中出错,则可以打印更多的调用栈信息。

通过disassemble命令可以打印出错时的汇编代码片段,其中箭头指向的是出错的指令,即PC寄存器指向的地址,PC寄存器存放的是下一条执行指令。很多人会很困惑,因为通常程序执行的时候,PC寄存器指向的指令是待执行指令,就会怀疑gdb定位到的出错指令的准确性。其实,CPU确实是执行过这一条指令,但是CPU发现这条指令发生的异常,这个时候就会进入异常处理流程,gdb通过回溯调用栈准确地回到这一条指令执行前的状态,所以PC寄存器的值是完全可信的。

Linux内核调试方法总结之coredump_第5张图片

可以看到调用了div指令做除法操作,被除数是-0x8(%ebp),指当前栈基址向下偏移8个字节所在内存单元的数值,EBP是栈基址寄存器。同时我们可以看到前面通过movl $0x0, -0x8(%ebp)将0保存到该内存单元,证明被除数为0。

 

如上所示,gdb默认使用AT&T汇编语言格式打印汇编语句,可以通过set disassembly-flavor intel设置为intel汇编语言格式。

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通过list命令可以查看当前指令附近的代码,前提是gdb工具可以找到源代码

Linux内核调试方法总结之coredump_第7张图片

 

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