linux下利用backtrace追踪函数调用堆栈以及定位段错误
一般察看函数运行时堆栈的方法是使用GDB（bt命令）之类的外部调试器,但是,有些时候为了分析程序的BUG,(主要针对长时间运行程序的分析),在程序出错时打印出函数的调用堆栈是非常有用的。
在glibc头文件"execinfo.h"中声明了三个函数用于获取当前线程的函数调用堆栈。
int backtrace(void **buffer,int size)
该函数用于获取当前线程的调用堆栈,获取的信息将会被存放在buffer中,它是一个指针列表。参数 size 用来指定buffer中可以保存多少个void* 元素。函数返回值是实际获取的指针个数,最大不超过size大小
在buffer中的指针实际是从堆栈中获取的返回地址,每一个堆栈框架有一个返回地址
注意:某些编译器的优化选项对获取正确的调用堆栈有干扰,另外内联函数没有堆栈框架;删除框架指针也会导致无法正确解析堆栈内容
char ** backtrace_symbols (void *const *buffer, int size)
backtrace_symbols将从backtrace函数获取的信息转化为一个字符串数组. 参数buffer应该是从backtrace函数获取的指针数组,size是该数组中的元素个数(backtrace的返回值)
函数返回值是一个指向字符串数组的指针,它的大小同buffer相同.每个字符串包含了一个相对于buffer中对应元素的可打印信息.它包括函数名，函数的偏移地址,和实际的返回地址
现在,只有使用ELF二进制格式的程序才能获取函数名称和偏移地址.在其他系统,只有16进制的返回地址能被获取.另外,你可能需要传递相应的符号给链接器,以能支持函数名功能(比如,在使用GNU ld链接器的系统中,你需要传递(-rdynamic)， -rdynamic可用来通知链接器将所有符号添加到动态符号表中，如果你的链接器支持-rdynamic的话，建议将其加上！)
该函数的返回值是通过malloc函数申请的空间,因此调用者必须使用free函数来释放指针.
注意:如果不能为字符串获取足够的空间函数的返回值将会为NULL
void backtrace_symbols_fd (void *const *buffer, int size, int fd)
backtrace_symbols_fd与backtrace_symbols 函数具有相同的功能,不同的是它不会给调用者返回字符串数组,而是将结果写入文件描述符为fd的文件中,每个函数对应一行.它不需要调用malloc函数,因此适用于有可能调用该函数会失败的情况
下面是glibc中的实例（稍有修改）：
#include <execinfo.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
/* Obtain a backtrace and print it to @code{stdout}. */
void print_trace (void)
{
void *array[10];
size_t size;
char **strings;
size_t i;
size = backtrace (array, 10);
strings = backtrace_symbols (array, size);
if (NULL == strings)
{
perror("backtrace_synbols");
Exit(EXIT_FAILURE);
}
printf ("Obtained %zd stack frames.\n", size);
for (i = 0; i < size; i++)
printf ("%s\n", strings[i]);
free (strings);
strings = NULL;
}
/* A dummy function to make the backtrace more interesting. */
void dummy_function (void)
{
print_trace ();
}
int main (int argc, char *argv[])
{
dummy_function ();
return 0;
}
输出如下：
Obtained 4 stack frames. ./execinfo() [0x80484dd] ./execinfo() [0x8048549] ./execinfo() [0x8048556] /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf3) [0x70a113]
我们还可以利用这backtrace来定位段错误位置。
通常情况系，程序发生段错误时系统会发送SIGSEGV信号给程序，缺省处理是退出函数。我们可以使用 signal(SIGSEGV, &your_function);函数来接管SIGSEGV信号的处理，程序在发生段错误后，自动调用我们准备好的函数，从而在那个函数里来获取当前函数调用栈。
举例如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stddef.h>
#include <execinfo.h>
#include <signal.h>
void dump(int signo)
{
void *buffer[30] = {0};
size_t size;
char **strings = NULL;
size_t i = 0;
size = backtrace(buffer, 30);
fprintf(stdout, "Obtained %zd stack frames.nm\n", size);
strings = backtrace_symbols(buffer, size);
if (strings == NULL)
{
perror("backtrace_symbols.");
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (i = 0; i < size; i++)
{
fprintf(stdout, "%s\n", strings[i]);
}
free(strings);
strings = NULL;
exit(0);
}
void func_c()
{
*((volatile char *)0x0) = 0x9999;
}
void func_b()
{
func_c();
}
void func_a()
{
func_b();
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
if (signal(SIGSEGV, dump) == SIG_ERR)
perror("can't catch SIGSEGV");
func_a();
return 0;
}
编译程序：
gcc -g -rdynamic test.c -o test; ./test
输出如下：
Obtained6stackframes.nm ./backstrace_debug(dump+0x45)[0x80487c9] [0x468400] ./backstrace_debug(func_b+0x8)[0x804888c] ./backstrace_debug(func_a+0x8)[0x8048896] ./backstrace_debug(main+0x33)[0x80488cb] /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf3)[0x129113]
（这里有个疑问： 多次运行的结果是/lib/i368-linux-gnu/libc.so.6和[0x468400]的返回地址是变化的，但不变的是后三位， 不知道为什么）
接着：
objdump -d test > test.s
在test.s中搜索804888c如下：
8048884 <func_b>: 8048884: 55 push %ebp 8048885: 89 e5 mov %esp, %ebp 8048887: e8 eb ff ff ff call 8048877 <func_c> 804888c: 5d pop %ebp 804888d: c3 ret
其中80488c时调用（call 8048877）C函数后的地址，虽然并没有直接定位到C函数，通过汇编代码， 基本可以推出是C函数出问题了（pop指令不会导致段错误的）。
我们也可以通过addr2line来查看
addr2line 0x804888c -e backstrace_debug -f
输出：
func_b /home/astrol/c/backstrace_debug.c:57
以下是简单的backtrace原理实现：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define LEN 4
#define FILENAME "stack"
int backtrace(void **buffer, int size)
{
int i = 0;
unsigned long int reg_eip = 0;
unsigned long int reg_ebp = 0;
char cmd[size][64];
memset(cmd, 0, size * 64);
__asm__ volatile (
/* get current EBP */
"movl %%ebp, %0 \n\t"
:"=r"(reg_ebp) /* output register */
: /* input register */
:"memory" /* cloberred register */
);
for (i = 0; i < size; i++)
{
reg_eip = *(unsigned long int *)(reg_ebp + 4);
reg_ebp = *(unsigned long int *)(reg_ebp);
buffer[i] = (void *)reg_eip;
fprintf(stderr, "%p -> ", buffer[i]);
sprintf(cmd[i], "addr2line %p -e ", buffer[i]);
strncat(cmd[i], FILENAME" -f", strlen(FILENAME)+3);
system(cmd[i]);
puts("");
}
return size;
}
static void test2(void)
{
int i = 0;
void *buffer[LEN] = {0};
backtrace(buffer, LEN);
return;
}
static void test1(void)
{
test2();
}
static void test(void)
{
test1();
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
test();
return 0;
}
参考链接：http://blog.csdn.net/qqwx_1986/article/details/5942863