backtrace输出任意线程栈信息

acktrace多用在程序运行出现异常时打印异常线程的调用栈信息，如：在Linux中如何利用backtrace信息解决程序崩溃的问题_gongmin856的博客-CSDN博客_backtrace。backtrace相关函数说明如：在Linux中如何利用backtrace信息解决程序崩溃的问题_gongmin856的博客-CSDN博客_backtrace。

backtrace可输出当前线程的调用栈信息，在一个多线程的架构中，如果某一个线程出现死锁或者卡死现象，如何找出问题线程的异常点？

下面先简要说下线程崩溃异常（内存访问越界，除0等错误异常，非死锁或卡死异常）的方法。

1. 首先需要注册signal函数（应用程序调试-signal和backtrace_vector_s的博客-CSDN博客_backtrace返回值一直是0）如：signal(SIGSEGV, SigSegv_handler)，这个是当内存访问异常时会执行到SigSegv_handler，在SigSegv_handler函数内可调用如下print_backtrace代码输出问题线程调用栈信息

backtrace输出调用栈示例代码如下：

void print_backtrace(int signum)
{
    #define BACKTRACE_SIZE 30
    void* buffer[BACKTRACE_SIZE] = {0};
    int pointer_num = backtrace(buffer, BACKTRACE_SIZE);
    char** string_buffer = backtrace_symbols(buffer, pointer_num);

	printf("[%s:%d] signal received num:%u\n", __func__, __LINE__, signum);

    printf("print backtrace begin\n");
    if(string_buffer != NULL)
    {
        for(int i = 0; i < pointer_num; i++)
        {
            printf("%s\n", string_buffer[i]);
        }
    }
    else
    {
        printf("print backtrace null\n");  
    }
    printf("print backtrace end\n");
 
    free(string_buffer);
    
    return;
}

2. 编译时加入-funwind-tables（-ffunction-sections可不加），否则backtrace返回值会是0，无法输出调用栈信息。也可以在链接时加入-rdynamic，这样在输出的调用栈中可以看到函数信息。-g选项可以加进去。

3. 当出现问题时，根据输出的调用栈信息，在PC上输入：arm-oe-linux-gnueabi-addr2line -e bin address -a -f -p -C

其中：bin为目标程序，该目标程序可为非strip目标文件（没有加strip生成的目标文件信息更多，可查询strip作用。若程序被strip又没有加-rdynamic选项，则查找的地址可能不准确）。address为backtrace输出的十六进制地址，通过输出可以看出异常地址。

这个监测原理是当程序运行出现异常时，由系统发起注册信号给异常线程，从而输出异常线程时的调用栈。

基于以上信息，输出相关运行线程时的调用栈信息步骤如下：

1. 在主线程中安装信号signal(SIGUSR1 SigSegv_handler)，注册信号函数SigSegv_handler函数可以与其他异常共用或者另写；（使用用户自定义信号SIGUSR1，也可以使用其它信号）

2. 需要建立一个类似看门狗线程，被监测线程设定超时时间，周期更新看门狗，同时被监测线程需要将线程自身id（通过pthread_self获取）传送给看门狗线程；

3. 如果看门狗线程发现某一个线程未及时喂狗时，则通过pthread_kill(thread_id, SIGUSR1)给问题线程发送信号，在注册信号函数内输出调用栈信息。若长时间未喂狗，还可以给问题线程发送退出信号来退出整个进程；

4. 基于以上设置也可以在需要时输出相关线程栈。

示例代码如下，在函数test_fun1内死循环调用while_a函数。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include //SIGQUIT /usr/include/bits/signum.h
#include // ESRCH  /usr/include/asm-/error-bash.h
#include 
#include  // syscall(SYS_gettid)

int while_a(int a)
{
	return a*a;
}

void test_fun1(void)
{
	int a = 1;
	while(1)
	{
		a += while_a(a);
	}
}
void* thread_fun1(void* arg)
{
    pid_t pid;
    pthread_t self;

	pid = getpid();
	self = pthread_self(); // 与pthread_create创建的相同
	printf("[%s:%d] pid:%d tid:%ld self:%lu\n", __func__, __LINE__, pid, syscall(SYS_gettid), self); // syscall(SYS_gettid) 与ps -T 查看的线程ID相同

	test_fun1();
    
    return (void*)0;
}
void* thread_fun2(void* arg)
{
    pid_t pid;
    pthread_t self;

	pid = getpid();
	self = pthread_self();
	printf("[%s:%d] pid:%d tid:%ld self:%lu\n", __func__, __LINE__, pid, syscall(SYS_gettid), self);

	while(1)
	{
		printf("%s.\n", __func__);
		sleep(1);
	}
    
    return (void*)0;
}

void print_backtrace(int signum)
{
    #define BACKTRACE_SIZE 30
    void* buffer[BACKTRACE_SIZE] = {0};
    int pointer_num = backtrace(buffer, BACKTRACE_SIZE);
    char** string_buffer = backtrace_symbols(buffer, pointer_num);

	printf("[%s:%d] signal received num:%u\n", __func__, __LINE__, signum);

    printf("print backtrace begin\n");
    if(string_buffer != NULL)
    {
        for(int i = 0; i < pointer_num; i++)
        {
            printf("%s\n", string_buffer[i]);
        }
    }
    else
    {
        printf("print backtrace null\n");  
    }
    printf("print backtrace end\n");
 
    free(string_buffer);
    
    return;
}
 
int main(int argc ,char *argv[])
{
    pthread_t tid1, tid2;
    int err1, err2;
    int res_kill;	
 
	struct sigaction sa_usr;
    sa_usr.sa_flags = 0;
    sa_usr.sa_handler = print_backtrace;   //信号处理函数
    
    sigaction(SIGUSR1, &sa_usr, NULL);
 
    err1 = pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun1, NULL);
	err2 = pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun2, NULL);
	printf("[%s:%d]tid:%lu,err1:%d. tid2:%lu,err2:%d.\n", __func__, __LINE__, tid1, err1, tid2, err2);
	
    if(err1!=0 || err2!=0)
    {   
        return 0;
    }  
	
    sleep(1);
	
	res_kill = pthread_kill(tid1,0); // sig是0呢，这是一个保留信号，一个作用是用来判断线程是不是还活着
	printf("[%s:%d]pthread_kill ret:%d\n", __func__, __LINE__, res_kill);
	if(res_kill == ESRCH)
	{
		printf("the specified thread did not exists or already quit\n");
    }
	else if(res_kill == EINVAL)
	{
		printf("signal is invalid\n");
	}
	else
	{
		printf("the specified thread is alive\n");
	}

	sleep(1);
    res_kill = pthread_kill(tid1, SIGUSR1); // SIGUSR1 用户自定义,进入自定义函数
	printf("[%s:%d]pthread_kill ret:%d\n", __func__, __LINE__, res_kill);
	sleep(3);
    res_kill = pthread_kill(tid1, SIGQUIT); // SIGQUIT未定义信号, 进程退出
	printf("[%s:%d]pthread_kill ret:%d\n", __func__, __LINE__, res_kill);
	
    pthread_join(tid1, NULL);
	pthread_join(tid2, NULL);
	
    printf("[%s:%d]main thread end\n", __func__, __LINE__);

    return 0;
}                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

使用gcc -pthread -funwind-tables -o backtrace_test backtrace_test.c，运行程序后，输出的调用栈信息看不到函数名，只能看到相关地址。使用addr2line -e backtrace_test 0x4009f0 -a -f -p -C查看地址，对应处的函数显示出来。如下图：

使用ida pro 7.6打开backtrace_test目标文件，Jump to address:4009f0处，按F5后转换的伪代码如下，通过伪代码可以更清楚的看到代码问题处。

加入-rdynamic选项，gcc -pthread -rdynamic -funwind-tables -o backtrace_test backtrace_test.c后，在backtrace内部即可打印出调用栈时的函数信息。

不加-rydnamic，加入-g选项，gcc -pthread -funwind-tables -g -o backtrace_test backtrace_test.c，addr2line后可看到出问题的行号。

 使用strip去掉符号表（减小程序大小，strip 命令从 XCOFF 对象文件中有选择地除去行号信息、重定位信息、调试段、typchk 段、注释段、文件头以及所有或部分符号表。），使用addr2line后看不到函数位置，ida也无法定到。当出问题后，需要使用未strip的目标程序进行问题查找。

 

使用file backtrace_test能看到该文件被strip了。

当程序中有库函数时可参考：c语言 backtrace_学术马的博客-CSDN博客_backtrace 头文件