Linux下如何利用backtrace追蹤函數(shù)調(diào)用堆棧以及定位段錯誤

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一般察看函數(shù)運行時堆棧的方法是使用GDB（bt命令）之類的外部調(diào)試器,但是,有些時候為了分析程序的BUG,(主要針對長時間運行程序的分析),在程序出錯時打印出函數(shù)的調(diào)用堆棧是非常有用的。

在glibc頭文件"execinfo.h"中聲明了三個函數(shù)用于獲取當(dāng)前線程的函數(shù)調(diào)用堆棧。

int backtrace(void **buffer,int size) 

該函數(shù)用于獲取當(dāng)前線程的調(diào)用堆棧,獲取的信息將會被存放在buffer中,它是一個指針列表。參數(shù) size 用來指定buffer中可以保存多少個void* 元素。函數(shù)返回值是實際獲取的指針個數(shù),最大不超過size大小

在buffer中的指針實際是從堆棧中獲取的返回地址,每一個堆?？蚣苡幸粋€返回地址

注意:某些編譯器的優(yōu)化選項對獲取正確的調(diào)用堆棧有干擾,另外內(nèi)聯(lián)函數(shù)沒有堆?？蚣?刪除框架指針也會導(dǎo)致無法正確解析堆棧內(nèi)容

char ** backtrace_symbols (void *const *buffer, int size) 

backtrace_symbols將從backtrace函數(shù)獲取的信息轉(zhuǎn)化為一個字符串?dāng)?shù)組. 參數(shù)buffer應(yīng)該是從backtrace函數(shù)獲取的指針數(shù)組,size是該數(shù)組中的元素個數(shù)(backtrace的返回值)

函數(shù)返回值是一個指向字符串?dāng)?shù)組的指針,它的大小同buffer相同.每個字符串包含了一個相對于buffer中對應(yīng)元素的可打印信息.它包括函數(shù)名，函數(shù)的偏移地址,和實際的返回地址

現(xiàn)在,只有使用ELF二進(jìn)制格式的程序才能獲取函數(shù)名稱和偏移地址.在其他系統(tǒng),只有16進(jìn)制的返回地址能被獲取.另外,你可能需要傳遞相應(yīng)的符號給鏈接器,以能支持函數(shù)名功能(比如,在使用GNU ld鏈接器的系統(tǒng)中,你需要傳遞(-rdynamic)， -rdynamic可用來通知鏈接器將所有符號添加到動態(tài)符號表中，如果你的鏈接器支持-rdynamic的話，建議將其加上！)

該函數(shù)的返回值是通過malloc函數(shù)申請的空間,因此調(diào)用者必須使用free函數(shù)來釋放指針.

注意:如果不能為字符串獲取足夠的空間函數(shù)的返回值將會為NULL

void backtrace_symbols_fd (void *const *buffer, int size, int fd) 

backtrace_symbols_fd與backtrace_symbols 函數(shù)具有相同的功能,不同的是它不會給調(diào)用者返回字符串?dāng)?shù)組,而是將結(jié)果寫入文件描述符為fd的文件中,每個函數(shù)對應(yīng)一行.它不需要調(diào)用malloc函數(shù),因此適用于有可能調(diào)用該函數(shù)會失敗的情況
 
下面是glibc中的實例（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;
}

輸出如下：

Obtained 4 stack frames.
./execinfo() [0x80484dd]
./execinfo() [0x8048549]
./execinfo() [0x8048556]
/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6(__libc_start_main+0xf3) [0x70a113]

我們還可以利用這backtrace來定位段錯誤位置。

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