无明显原因的分段错误答案

【问题标题】：Segmentation fault for no obvious reason无明显原因的分段错误
【发布时间】：2013-04-06 17:48:50
【问题描述】：

我有一个对我来说没有任何意义的分段错误。第 538 次调用此函数，失败，但我什么也看不到参数错误。我可以在 gdb 中输入相同的表达式它会很乐意毫无怨言地做到这一点。我什至爬到它使用 si 并查看了寄存器，它仍然没有任何意义。我该如何解决这个问题？

一个奇怪的事情是 gdb 报告“位”参数有故障时从 0 变为 1。我想“位”在一个寄存器中，它被重用于其他东西。

我也试过这个没有优化。还有很多说明参与，但结果是一样的。

请注意，我使用 gdb 访问与代码即将访问，没有问题。

代码：

void Bits::set(int bit)
{
    if (bit >= _size*16) BUG;
    _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15);
}

gdb 运行：

Breakpoint 1, Bits::set (this=0x68374, bit=0) at util.cpp:181
181         _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15);
1: x/i $pc
=> 0x3964c <_ZN4Bits3setEi+36>: ldr     r3, [r0, #4]
(gdb) si
0x00039650      181         _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15);
1: x/i $pc
=> 0x39650 <_ZN4Bits3setEi+40>: mov     r1, #1
(gdb)
0x00039654      181         _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15);
1: x/i $pc
=> 0x39654 <_ZN4Bits3setEi+44>: ldrh    r2, [r12, r3]
(gdb)
0x00039658      181         _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15);
1: x/i $pc
=> 0x39658 <_ZN4Bits3setEi+48>: orr     r2, r2, r1, lsl lr
(gdb)
0x0003965c      181         _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15);
1: x/i $pc
=> 0x3965c <_ZN4Bits3setEi+52>: strh    r2, [r12, r3]
(gdb) p _dat
$18 = (short *) 0x4ee74
(gdb) p *_dat
$19 = -3784
(gdb) p $r2
$20 = 61753
(gdb) p $r12
$21 = 0
(gdb) p/x $r3
$22 = 0x4ee74
(gdb) si

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x0003965c in Bits::set (this=0x68374, bit=1) at util.cpp:181
181         _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15);
1: x/i $pc
=> 0x3965c <_ZN4Bits3setEi+52>: strh    r2, [r12, r3]
(gdb)

顺便说一句，我在这里使用 gdbserver。这是目标响应：

50:/mnt/home/rw # ./gdbserver x:12 cx Andersen_Studio.cxc
Process cx created; pid = 226
Listening on port 12
Remote debugging from host 192.168.1.40

pc : [<0003965c>]    lr : [<00000000>]    Tainted: P
sp : 7ffffdb4  ip : 00000000  fp : 7ffffe84
r10: 2ada7884  r9 : 0000c6c8  r8 : 2ada8d28
r7 : 00000002  r6 : 0005c0b8  r5 : 00000000  r4 : 0006dc10
r3 : 0004ee74  r2 : 0000f139  r1 : 00000001  r0 : 00068374
Flags: Nzcv  IRQs on  FIQs on  Mode USER_32  Segment user
Control: C000317F  Table: 017EC000  DAC: 00000015

更多信息：如果我手动执行命令，则不会发生故障：

Breakpoint 1, Bits::set (this=0x6c75c, bit=0) at util.cpp:181
181         _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15);
(gdb) c 538
Will ignore next 537 crossings of breakpoint 1.  Continuing.

Breakpoint 1, Bits::set (this=0x68374, bit=0) at util.cpp:181
181         _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15);
(gdb) p _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15)
$25 = -3783
(gdb) dis 1
(gdb) c
Continuing.

仅引用 _dat[0] 并没有帮助，但例如键入 _dat[0]=0 确实可以防止出现问题。

（稍后编辑）

如果我们要查看为函数生成的代码，我决定关闭优化。这是未优化的代码：

(gdb) disass
Dump of assembler code for function _ZN4Bits3setEi:
   0x0006a1d8 <+0>:     mov     r12, sp
   0x0006a1dc <+4>:     push    {r11, r12, lr, pc}
   0x0006a1e0 <+8>:     sub     r11, r12, #4
   0x0006a1e4 <+12>:    sub     sp, sp, #8
   0x0006a1e8 <+16>:    str     r0, [r11, #-16]
   0x0006a1ec <+20>:    str     r1, [r11, #-20]
=> 0x0006a1f0 <+24>:    ldr     r3, [r11, #-16]
   0x0006a1f4 <+28>:    ldr     r3, [r3]
   0x0006a1f8 <+32>:    lsl     r2, r3, #4
   0x0006a1fc <+36>:    ldr     r3, [r11, #-20]
   0x0006a200 <+40>:    cmp     r3, r2
   0x0006a204 <+44>:    blt     0x6a220 <_ZN4Bits3setEi+72>
   0x0006a208 <+48>:    ldr     r0, [pc, #108]  ; 0x6a27c <_ZN4Bits3setEi+164>
   0x0006a20c <+52>:    ldr     r1, [pc, #108]  ; 0x6a280 <_ZN4Bits3setEi+168>
   0x0006a210 <+56>:    mov     r2, #180        ; 0xb4
   0x0006a214 <+60>:    bl      0xa00c <printf>
   0x0006a218 <+64>:    mov     r0, #1
   0x0006a21c <+68>:    bl      0xa09c <exit>
   0x0006a220 <+72>:    ldr     r1, [r11, #-16]
   0x0006a224 <+76>:    ldr     r2, [r11, #-20]
   0x0006a228 <+80>:    asr     r3, r2, #31
   0x0006a22c <+84>:    lsr     r3, r3, #28
   0x0006a230 <+88>:    add     r3, r2, r3
   0x0006a234 <+92>:    asr     r0, r3, #4
   0x0006a238 <+96>:    mov     r3, r0
   0x0006a23c <+100>:   lsl     r2, r3, #1
   0x0006a240 <+104>:   ldr     r3, [r1, #4]
   0x0006a244 <+108>:   add     r12, r2, r3
   0x0006a248 <+112>:   ldr     r1, [r11, #-16]
   0x0006a24c <+116>:   mov     r3, r0
   0x0006a250 <+120>:   lsl     r2, r3, #1
   0x0006a254 <+124>:   ldr     r3, [r1, #4]
   0x0006a258 <+128>:   add     r1, r2, r3
   0x0006a25c <+132>:   ldr     r3, [r11, #-20]
   0x0006a260 <+136>:   and     r2, r3, #15
   0x0006a264 <+140>:   mov     r3, #1
   0x0006a268 <+144>:   lsl     r3, r3, r2
   0x0006a26c <+148>:   ldrh    r2, [r1]
   0x0006a270 <+152>:   orr     r3, r2, r3
   0x0006a274 <+156>:   strh    r3, [r12]
   0x0006a278 <+160>:   ldmdb   r11, {r11, sp, pc}
   0x0006a27c <+164>:   andeq   r8, r8, r0, lsr r12
   0x0006a280 <+168>:   andeq   r8, r8, r4, asr r12
End of assembler dump.
(gdb)

我尝试插入 _dat[0] = 0;在“坏”声明之前，这会导致错误。我试过 _dat[0]++;这也有问题。

【问题讨论】：

所以你说执行 ARM 汇编指令 strh r2, [r12, r3] 会导致访问冲突。问：0x4ee74（包含在 r3 中）是否有效？
0x4ee74 有效。请参阅 gdb 响应 $19。
_size 的值是多少？我看不出有什么明显的错误。你在使用 glibc 吗？可能值得导出 MALLOC_CHECK_=3 以让 glibc 检查与 malloc 相关的问题。
感谢完整的反汇编代码。阅读优化的代码实际上更容易；但不要改变任何东西。

标签： linux gcc gdb arm

【解决方案1】：

嗯，看起来一切正常。您可以从该位置读取，但您不能写入......奇怪。

我想到了以下想法：

永远不要相信 gdb 显示的内容。当您在 gdb 中评估一个表达式时，这与您的代码所做的完全不同。特别是它不会使用您的代码（除非您明确地按名称调用函数）。 Gdb 将使用调试信息，这些信息通常有差距并且有很大的解释空间，而您的代码将只使用您的代码。 :-) gdb 中的变量值通常是错误的。这很可能甚至不是 gdbs 的错误。 gdb 不能比编译器生成的调试信息更好。它甚至包含大量（与调试信息相关的）编译器错误的启发式方法。
许多不同的故障情况可能会被您的操作系统映射到 Segfault。例如，这可能是异步数据中止，在这种情况下，真正的问题可能早于数百条指令。
您使用的是安全内存还是非安全内存？从非安全模式通过缓存写入安全内存可能会导致异步数据中止。
这个函数运行 537 次 OK 的事实并不意味着什么。它是否在完全相同的数据/内存位置上运行？我的意思是，set() 函数本质上只是一个内存写入。行为（是否崩溃）将始终取决于变量的内容 bit.

当我在我的程序中看到对我没有任何意义的奇怪崩溃时，我会修改函数，使其行为略有不同。如果你这样做会发生什么：

void Bits::set(int bit)
{
    if (bit >= _size*16) BUG;
    _dat[bit/16] = 42; // does this crash?
    _dat[0] = 42;      // does this crash?
    _dat[bit/16]++;    // does this crash?
    _dat[bit/16] |= 1 << (bit & 15);
}

（如果您的程序依赖于此，您可能需要保存/恢复写入的位置。）

还有一个帮助是将程序中的诊断消息打印到一些日志中。这通常比使用调试器更好，因为它使用您的代码和实际值，而不是使用调试信息。

【讨论】：

【解决方案2】：

我无法弄清楚为什么在这个特定的行会出现分段错误，因为使用 gdb 修改内存似乎没有问题。但是，通过在 Bits 构造函数中打印出“this”，并将其与错误处的“this”进行比较，我发现我一定是内存损坏，可能离这里很远。因此，我将中断这一调查，继续假设问题出在其他地方。

（稍后）

我发现了问题，它是一个未初始化的指向 Bits 的指针（令人惊讶！），它恰好足够可信，表面上看起来好像它是正确的。为我指明正确方向的想法是“记录事物”的想法，我刚刚使用 printf 实现了这一点。

【讨论】：

并且还使用-Wall -Wextra 编译（使用最近的 GCC 编译器，例如 4.8）可能也有帮助..

【解决方案3】：

1) 所以你说执行 ARM 汇编指令 strh r2, [r12, r3] 会导致访问冲突。

2) 问：0x4ee74（包含在 r3 中）是否有效？

3) 问：0000f139（包含在 r2 中）是否有效？来自手册：

http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0068b/BABDJCHA.html

字和半字传输的地址对齐：

地址必须是 4 的倍数。

如果您的系统有系统协处理器 (cp15)，您可以启用对齐检查。非对齐传输导致对齐异常如果启用对齐检查。

如果您的系统没有系统协处理器 (cp15)，或对齐检查已禁用：

未对齐的负载会破坏 Rd。

非对齐保存会破坏内存中的四个字节。内存中损坏的位置是 [address AND NOT b11]。

【讨论】：

由于前面两条指令的加载没有失败，看起来地址是有效的，但内存是写保护的。
地址是4的倍数。r2的内容应该是无关紧要的。我们只是存储它是什么。
如果内存是写保护的，gdb 写入它不会有问题吗？它是如何突然获得写保护的？请注意，它是非零值，这意味着同一个函数已经在之前的 537 次调用中访问过这个位置。