在Linux 64位上从调用堆栈上带有malloc/free的信号处理程序进行回溯

Question

下面是我想在一台运行"Red Hat Enterprise Linux 5.5 (Tikanga) Kernel 2.6.18-194 "的机器上使用的源代码示例。el5xen x86_64"操作系统。

一般的想法是，我想对某些线程进行回溯，所以我为该线程引发SIGUSR1信号，处理程序执行backtrace()调用。

在下面的场景中，FrameTwo函数在循环中调用malloc和free。每当这个特定线程的信号被抛出，并且调用堆栈上有free或malloc时，当信号处理程序调用backtrace()时，程序崩溃。

(gdb) where (stack from gdb)
0  0x0000003e67207638 in ?? () 
1  0x0000003e672088bb in _Unwind_Backtrace
2  0x00000037ba0e5fa8 in backtrace () 
3  0x000000000040071a in handler ()
4  <signal handler called>
5  0x00000037ba071fac in _int_free () 
6  0x0000000a33605000 in ?? ()
7  0x000000004123b130 in ?? ()
8  0x00000000004007d4 in ThreadFunction ()
9  0x000000001f039020 in ?? ()
10 0x000000004123b940 in ?? ()
11 0x0000000000000001 in ?? ()
12 0x0000000000000000 in ?? ()

我从其他来源了解到，不应该从信号处理程序中调用反向跟踪，所以我为这种情况编写了自己的函数grok_and_print_thread_stack()。

它使用RBP寄存器来导航堆栈(RBP包含当前帧的基指针指向前一帧的基指针)，但该算法在这种情况下也不起作用:当_int_free()在调用堆栈上时，RBP寄存器导航算法中断，因为_int_free的RBP是一些值，如0x20，这不是一个有效的帧的基指针。

有人知道如何从寄存器中导航调用堆栈吗?或者我如何使用回溯来达到我的目的?

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "pthread.h"
#include "signal.h"
#include "syscall.h"
#include "string.h"
#include "inttypes.h"
//####################################################################
//gcc BacktraceTestProgram.c -o backtracetest -lpthread
//./backtracetest
//gdb -c core backtracetest
//####################################################################
volatile sig_atomic_t flag = 1;
int thlist[6] = {0};
int cnt = 0;
int *memory = NULL;
//####################################################################
void raiseUserSignal(int tid)
{
    union sigval value;
    value.sival_int = 1;
    sigqueue(tid,SIGUSR1, value);
}
//####################################################################
int grok_and_print_thread_stack()
{
    int ret = 0;
    register uint64_t* rbp asm("rbp");
    /*if buffer was built before, add separator */
    uint64_t *previous_bp;
    /*save pointers*/
    previous_bp = rbp;
    /* stack Traversal */
    while(previous_bp)
    {
        uint64_t *next_bp;
        next_bp = (uint64_t*)*previous_bp;
        printf("Read BP: %lx n", next_bp);
        if ( NULL == (void*)next_bp )
        {
            printf("Reached the top of the stackn");
            fflush(stdout);
            break;
        }
        previous_bp = next_bp;
    }
    return ret;
}
//####################################################################
void handler(int signum, siginfo_t *info, void *context)
{
    int nptrs = 0 ;
    void *buffer[100] = {NULL};
    char **strings = NULL;
    nptrs = backtrace(buffer, 100);
    flag = 1;
}
//####################################################################
void FrameTwo(const char A)
{
    do{
        if( memory == NULL)
            memory = (int *)malloc(sizeof(int) *5);
        if(memory != NULL) {
            free(memory);
            memory = NULL;
        }
    }while(1);
}
//####################################################################
void FrameOne(int no)
{
    FrameTwo('A');
}
//####################################################################
void *ThreadFunction( void *ptr )
{
    int tid = syscall(SYS_gettid);
    thlist[cnt++] = tid;
    FrameOne(10);
}
//####################################################################
void RegisterSignalHandler()
{
    /* Register a Signal Handler */
    struct sigaction usrsig_action;
    usrsig_action.sa_flags = SA_SIGINFO;
    usrsig_action.sa_sigaction = &handler;
    sigaction (SIGUSR1, &usrsig_action, NULL);
}
//####################################################################
int main(int no , char *argc[] )
{
    int iret1;
    pthread_t thread1;
    RegisterSignalHandler();
    /* Create independent threads each of which will execute function */
    iret1 = pthread_create( &thread1, NULL, ThreadFunction, NULL);
    while(cnt == 0);
    while(1) {
        if(flag == 1){
            flag = 0;
            raiseUserSignal(thlist[0]);
        }
    }
    pthread_join( thread1, NULL);
    return 0;
}

Answer 1

一般来说，x86_64程序很可能是用-fomit-frame-pointer构建的，因为它是优化时的默认值。

这意味着RBP不能用于展开堆栈，您将需要使用DWARF展开信息(如果您有可用的调试信息)或异常展开表。

Answer 2

你可能想看看libunwind项目。

[libwind]的主要目标是定义一个可移植和高效的C编程接口(API)来确定程序的调用链。[…因此，该API在许多应用程序中都很有用。一些例子包括:

• 调试器
  libwind API使得调试器在运行的程序中生成线程的调用链(backtrace)变得非常简单/

特别地，看一下他们文档的本地展开部分，它包含解释和下面的代码示例(您需要链接到-lunwind)，打印当前函数的回溯:

#define UNW_LOCAL_ONLY
#include <libunwind.h>
void show_backtrace (void) {
  unw_cursor_t cursor; unw_context_t uc;
  unw_word_t ip, sp;
  unw_getcontext(&uc);
  unw_init_local(&cursor, &uc);
  while (unw_step(&cursor) > 0) {
    unw_get_reg(&cursor, UNW_REG_IP, &ip);
    unw_get_reg(&cursor, UNW_REG_SP, &sp);
    printf ("ip = %lx, sp = %lxn", (long) ip, (long) sp);
  }
}