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)
- <span style="font-size:12px;">int backtrace(void **buffer,int size)</span>
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)
- <span style="font-size:12px;">char ** backtrace_symbols (void *const *buffer, int size)</span>
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)
- <span style="font-size:12px;">void backtrace_symbols_fd (void *const *buffer, int size, int fd)</span>
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;
- }
- <span style="font-size:12px;">#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;
- }</span>
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]
- <span style="font-size:12px;">Obtained 4 stack frames.
- ./execinfo() [0x80484dd]
- ./execinfo() [0x8048549]
- ./execinfo() [0x8048556]
- /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf3) [0x70a113]
- </span>
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;
- }
- <span style="font-size:12px;">#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;
- }</span>
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]
- <span style="font-size:12px;">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]</span>
（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
- <span style="font-size:12px;">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</span>
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
- <span style="font-size:12px;">addr2line 0x804888c -e backstrace_debug -f</span>
输出：
- func_b
- /home/astrol/c/backstrace_debug.c:57
- <span style="font-size:12px;">func_b
- /home/astrol/c/backstrace_debug.c:57
- </span>
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;
- }