Linux系统调用何时触发段错误与返回EFAULT？答案

【问题标题】：When do Linux system calls trigger a segfault vs returning EFAULT?Linux系统调用何时触发段错误与返回EFAULT？
【发布时间】：2019-04-22 08:48:40
【问题描述】：

我试图了解clock_gettime() 何时会导致错误。手册页列出了以下两种可能性：

EFAULT tp 指向可访问地址空间之外。
EINVAL 此系统不支持指定的 clk_id。

很容易触发EINVAL 错误，但我无法让clock_gettime() 将errno 设置为EFAULT。相反，内核发送一个 SIGSEGV 信号来终止程序。比如下面的代码：

#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    struct timespec tp;
    double time;

    if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tp + 4096) == -1) {
        if (errno == EINVAL) {
            perror("EINVAL");
            return EXIT_FAILURE;
        } else if (errno == EFAULT) {
            perror("EFAULT");
            return EXIT_FAILURE;
        } else {
            perror("something else");
            return EXIT_FAILURE;
        }
    }

    time = tp.tv_sec + 1e-9 * tp.tv_nsec;
    printf("%f\n", time);
}

Linux 内核如何在触发分段错误和让系统调用返回-EINVAL 之间进行选择？什么时候会选择做后者？如果内核总是发送信号，是否真的需要检查errno是否等于EFAULT？

我正在运行 Linux 内核 4.15，并使用（使用 clang v6.0）编译了该程序： clang -g -O0 -Wall -Wextra -Wshadow -Wstrict-aliasing -ansi -pedantic -Werror -std=gnu11 file.c -o file

【问题讨论】：

我不相信系统调用会出现段错误。但是glibc可以segfault，很多你以为是系统调用的函数其实都是glibc函数。

标签： c linux error-handling system-calls vdso

【解决方案1】：

clock_gettime 可能不是作为系统调用执行，而是在用户空间中作为vdso 的一部分执行。如果您实际上通过使用SYS_clock_gettime 作为参数的syscall 函数执行系统调用，我希望您看到EFAULT。

话虽如此，EFAULT 绝不是您应该期望能够依赖的东西。一旦您将无效指针传递给需要有效指针作为其接口契约一部分的函数，您就会有未定义的行为，并且段错误或错误只是一种可能的表现。从这个角度来看，EFAULT 甚至被记录在案是一个错误。

【讨论】：

【解决方案2】：

我试图了解 clock_gettime() 何时会导致错误。

好的。

Linux 内核如何在触发分段错误和让系统调用返回 -EINVAL 之间做出选择？什么时候会选择做后者？

这很容易。有一些检查以防它们为真函数设置 errno。如果您访问受保护的内存区域，内核会将 SIGSEGV 发送到您的进程。

如果您检查 __clock_gettime from glibc 函数，您会看到：

switch (clock_id)
    {
#ifdef SYSDEP_GETTIME
      SYSDEP_GETTIME;
#endif

#ifndef HANDLED_REALTIME
    case CLOCK_REALTIME:
      ...
      break;
#endif

    default:
#if HP_TIMING_AVAIL
      if ((clock_id ...) == CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID)
           ...
      else
#endif
            __set_errno (EINVAL);
      break;

glibc 包装器集的 EINVAL 以防出现一些奇怪的 clock_id 值。

在未定义的行为中取消引用任何有效内存区域之外的指针值并产生nasal demons。在 Linux 上，SIGSEGV 是发送给试图写入受保护内存区域的进程的信号。

以下代码会产生恶魔并应引发 SIGSEGV：

struct timespec tp;
*(&tp + 4096) = (struct timespec){0};

以下代码也是如此：

struct timespec tp;
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tp + 4096)

如果内核总是发送信号，

不是真的。如果碰巧从&tp + 4096 开始的sizeof(struct timespec) 字节不在受保护的内存区域内，内核将不会发送任何信号，因为它会认为，您在自己的内存中写入。

真的有必要检查errno是否等于EFAULT吗？

没有必要检查任何错误。我认为您将解释错误与检查错误混合在一起。如果你的机器遵循你提到的规范，如果clock_gettime返回EFAULT你可以编写你的程序，所以它假定你机器上的clock_gettime的底层实现遵循clock_gettime的linux manual page .但是，正如您所发现的那样，它并没有发生，而是发生了未定义的行为并且内核引发了 SIGSEGV。这仅意味着clock_gettime函数的底层实现不遵循手册。 POSIX 没有指定 EFAULT errno 代码。但是我相信可能存在可能返回 EFAULT errno 或任何其他 errno 代码的实现。但是，当收到 EFAULT 错误时，您希望您的程序做什么？如何从此类错误中恢复？如果这些问题对您有任何意义，那么为clock_gettime 函数编写一个EFAULT 处理程序可能是合理的。

请注意，您使用的是 Linux。 Linux、kernel 和 glibc，大多是根据 GNU General License 或 GNU Lesser General License 获得许可的，其中包含以下内容：

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这个问题值得信赖：你相信你系统的clock_gettime() 遵循Linux 手动实现吗？我不。如果您的系统是 POSIX 证书，您可以更加信任它们将按照手册所述运行的功能。没有人向你保证，这只是许多勤奋的人的善意。

【讨论】：