使用 setjmp() 和 longjmp() 防止程序中的分段错误

Question

我使用setjmp() 和longjmp() 编写了一个程序来防止段错误，但是我编写的程序只能防止段错误发生一次（我在while 循环中运行我的代码）。

这是我的代码：

#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>
#include <signal.h>

jmp_buf buf;

void my_sig_handler(int sig)
{
    if( sig )
    {
        printf("Received SIGSEGV signl \n");
        longjmp(buf,2);
    }
}

int main()
{
    while( 1)
    {
        switch( setjmp(buf) )                       // Save the program counter
        {
        case 0:
            signal(SIGSEGV, my_sig_handler);        // Register SIGSEGV signal handler function
            printf("Inside 0 statement \n");
            int *ptr = NULL;
            printf("ptr is  %d ", *ptr);            // SEG fault will happen here
            break;
        case 2:
            printf("Inside 2 statement \n");        // In case of SEG fault, program should execute this statement
            break;
        default:
            printf("Inside default statement \n");
            break;
        }
    }
    return 0;
}

输出：

Inside 0 statement 
Received SIGSEGV signl 
Inside 2 statement 
Inside 0 statement 
Segmentation fault

预期输出：

Inside 0 statement 
Received SIGSEGV signl 
Inside 2 statement 
.
.(Infinite times)
.
Inside 0 statement 
Received SIGSEGV signal
Inside 2 statement 

有人能解释一下为什么这只是第一次按预期运行吗？另外，我在这里缺少什么来按预期运行我的代码？

Answer 1

长话短说：longjump（显然）不是异步信号安全功能，printf 也是。因此，从信号处理程序调用这些函数将导致未定义的行为。有关详细信息和异步信号安全函数列表，请参阅 man 7 signal-safety。

最有可能发生的是longjump(buf, 2) 导致程序异常“转义”信号处理程序，这在执行第二个 switch 案例后导致另一个分段错误。由于发生了另一个分段错误，因此再次调用信号处理程序，并且您执行另一个longjump(buf, 2)，回到原来的位置，导致另一个段错误，等等……无限期地。

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编辑：正如下面 cmets 中的 Andrew Henle 所建议的，还有两个 POSIX 函数 sigsetjmp() 和 siglongjmp()。然而，我更喜欢下面描述的方法，因为它对我来说看起来更干净，并且可以安全地从信号处理程序返回，将脏工作留给内核。

如果您希望您的代码按预期运行，您可以让您的信号在发生段错误时接收有关上下文的信息：

static void signal_handler(int sig, siginfo_t *info, void *ucontext) {
    /* Assuming your architecture is Intel x86_64. */
    ucontext_t *uc = (ucontext_t *)ucontext;
    greg_t *rip = &uc->uc_mcontext.gregs[REG_RIP];

    /* Assign a new value to *rip somehow, which will be where the
       execution will continue after the signal handler returns. */
}

int main(void) {
    struct sigaction sa;
    int err;

    sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
    sa.sa_sigaction = signal_handler;

    err = sigemptyset(&sa.sa_mask);
    if (err)
        return 1;

    err = sigaddset(&sa.sa_mask, SIGSEGV);
    if (err)
        return 1;

    err = sigaction(SIGSEGV, &sa, NULL);
    if (err)
        return 1;

    /* ... */

    return 0;
}

这将允许您基本上在您想要的任何地方恢复执行，前提是您实际上知道在哪里准确恢复。但是，要将 rip 设置为正确的值，您可能必须使用通过内联 asm 或其他一些肮脏技巧定义的全局标签。

这样的东西应该工作（在我的机器上测试过）：

/* In main, where you want to retums after SIGSEGV: */
asm voaltile ("checkpoint: .global checkpoint" : );

/* In your signal handler: */
asm volatile (
    "movabs $checkpoint, %0"
    : "=r" (*rip)
);

如果您想知道为什么这不是那么容易，那是因为它甚至不应该放在首位，这基本上是一种可憎的行为，除了可能会发现如何在最荒谬的方式。

您至少需要以下标头和功能测试宏才能使上述功能正常工作：

#define _GNU_SOURCE
#define __USE_GNU
#include <signal.h>
#include <ucontext.h>

请注意，这（当然）取决于架构和平台。