问题 使用C获取导致核心转储出现分段故障的地址

我正在尝试编写一个可以解析核心转储文件的C程序。我的问题是，如何在C中获取导致核心转储的地址？我知道可以从这个答案中使用gdb获取地址：

我怎样才能让GDB告诉我哪个地址导致了段错误？

但我想直接在C中检索地址。任何信息都将受到高度赞赏。谢谢！

注意： 我知道如何解析核心转储作为一个精灵。但我不知道如何获得导致段错误的地址。

我的问题是，如何获得导致核心转储的地址在C？

简短回答：

有两种方法可以解释这个问题。

错误指令的地址是什么？
超出界限的地址是什么？

Elf核心转储将所有元信息保存在备注中存储在注释段中。这些笔记有不同的类型。

要回答＃1，我们需要抓住寄存器。看看精灵头找到程序头表。走程序头表找到注释表（类型PT_NOTE）。走笔记表找一张纸条键入NT_PRSTATUS。本笔记的有效载荷是a struct elf_prstatus，可以在linux / elfcore.h中找到。其中一个这个结构的字段是所有通用寄存器。抓％rip，你完成了。

对于＃2，我们做类似的事情。这次我们正在寻找一张便条类型NT_SIGINFO。此注释的有效负载是siginfo_t结构在signal.h中定义。适用信号（SIGILL，SIGFPE，SIGSEGV， SIGBUS），字段si_addr将包含您尝试过的地址访问但不能。

更多信息如下。在示例核心转储中，rip是0x400560，即尝试进行非法访问的指令地址。这与其他通用寄存器一起显示。

程序试图访问的内存是0x03。这与其余信号信息一起显示。

答案很长：

我认为BFD已经有25年的历史了，所以我不会仅仅将它用于在Linux机器上转储核心文件的内容。也许你必须编写某种通用代码，需要使用一堆格式，但即便如此，我也不确定今天是怎么回事。

该精灵规格编写得很好，并且根据需要遍历程序头或节头的表格并不难。核心文件中的所有进程元信息都包含在PT_NOTE程序段中的一组注释中，这些注释可以在几行直接C代码中解析出来。

我写了一个小程序来从x86_68核心文件中获取寄存器并打印一些元数据。我戴上它 github上。获取笔记有效负载的逻辑在此函数中：

void *get_note(void *vp, int nt_type){
    Elf64_Ehdr *eh=vp;
    for(int i=0; i<eh->e_phnum; ++i){
        Elf64_Phdr *ph=(vp+eh->e_phoff+i*eh->e_phentsize);
        if(ph->p_type!=PT_NOTE){
            continue;
        }
        void *note_table=(vp + ph->p_offset);
        void *note_table_end=(note_table+ph->p_filesz);
        Elf64_Nhdr *current_note=note_table;
        while(current_note<(Elf64_Nhdr *)note_table_end){
            void *note_end=current_note;
            note_end += 3*sizeof(Elf64_Word);
            note_end += roundup8(current_note->n_namesz);
            if(current_note->n_type==nt_type){
                return note_end;
            }
            note_end += roundup8(current_note->n_descsz);
            current_note=note_end;          
        }
    }
    return 0;
}

该函数被传递给指向elf文件和笔记类型的指针，并返回指向相关笔记的有效负载的指针（如果存在）。各种可能的笔记类型都在elf.h中。我在机器上的核心文件中实际看到的笔记类型是：

#define NT_PRSTATUS 1       /* Contains copy of prstatus struct */
#define NT_FPREGSET 2       /* Contains copy of fpregset struct */
#define NT_PRPSINFO 3       /* Contains copy of prpsinfo struct */
#define NT_AUXV     6       /* Contains copy of auxv array */
#define NT_X86_XSTATE   0x202       /* x86 extended state using xsave */
#define NT_SIGINFO  0x53494749  /* Contains copy of siginfo_t,
                                   size might increase */
#define NT_FILE     0x46494c45  /* Contains information about mapped
                                   files */

大多数这些结构都位于/ usr / include / linux下的头文件中。 xsave结构是在Ch 13中描述的几KB浮点信息英特尔手册。它有SSE，AVX和MPX寄存器。

NT_FILE有效内容似乎在标头中没有关联的结构，但它在内核注释（fs / binfmt_elf.c）中描述：

/*
 * Format of NT_FILE note:
 *
 * long count     -- how many files are mapped
 * long page_size -- units for file_ofs
 * array of [COUNT] elements of
 *   long start
 *   long end
 *   long file_ofs
 * followed by COUNT filenames in ASCII: "FILE1" NUL "FILE2" NUL...
 */

解析32位系统的elf文件的变化非常简单。对于可变大小的字段，使用相应的Elf32_XXX结构并向上舍入4而不是8。

最近几天我一直在为这个小程序添加内容。目前它执行文件头，段头，通用寄存器，程序状态，程序信息和回溯。随着时间的推移，我会添加对其余笔记的支持。这是当前的输出：

 $ ./read_pc -biprst core
General Registers: 
r15     0x000000000000000000  r14     0x000000000000000000  
r13     0x0000007ffc20d36a50  r12     0x000000000000400430  
rbp     0x0000007ffc20d36950  rbx     0x000000000000000000  
r11     0x000000000000000246  r10     0x000000000000000000  
r9      0x000000000000000002  r8      0x000000000000000000  
rax     0x000000000000000003  rcx     0x00000000007ffffffe  
rdx     0x0000007f5817523780  rsi     0x000000000000000001  
rdi     0x000000000000000001  ss      0x00000000000000002b  
rip     0x000000000000400560  cs      0x000000000000000033  
eflags  0x000000000000010246  rsp     0x0000007ffc20d36950  
fs_base 0x0000007f5817723700  gs_base 0x000000000000000000  
ds      0x000000000000000000  es      0x000000000000000000  
fs      0x000000000000000000  gs      0x000000000000000000  
orig_rax 0x00ffffffffffffffff  

Program status: 
signo 11 signal code 0 errno 0
cursig 11 sigpend 000000000000000000 sigheld 000000000000000000
pid 27547 ppid 26600 pgrp 27547 sid 26600
utime: 0.000000 stime 0.000000
cutime: 0.000000 cstime 0.000000
fpvalid: 1


Signal Information: 
signo: 11 errno 0 code 1
addr 0x3 addr_lsb 0 addr_bnd ((nil), (nil))


Process Information:
state 0 (R) zombie 0 nice 0 flags 0x400600
uid 1000 gid 1000 pid 27547 ppid 26600 pgrp 27547 sid 26600
fname: foo
args: ./foo 


Backtrace: 
rip = 0x000000000000400560
rip = 0x000000000000400591
rip = 0x0000000000004005a1


Program Headers:
   Type      Offset             Virt Addr          PhysAddr          
             FileSiz            MemSize              Flags  Align    
 NOTE      0x00000000000004a0 0x0000000000000000 0000000000000000
           0x0000000000000b98 0x0000000000000000         0x000000
 LOAD      0x0000000000002000 0x0000000000400000 0000000000000000
           0x0000000000001000 0x0000000000001000 R X     0x001000
 LOAD      0x0000000000003000 0x0000000000600000 0000000000000000
           0x0000000000001000 0x0000000000001000   X     0x001000
 LOAD      0x0000000000004000 0x0000000000601000 0000000000000000
           0x0000000000001000 0x0000000000001000  WX     0x001000
 LOAD      0x0000000000005000 0x00000000018bf000 0000000000000000
           0x0000000000021000 0x0000000000021000  WX     0x001000
 LOAD      0x0000000000026000 0x00007f581715e000 0000000000000000
           0x0000000000001000 0x00000000001c0000 R X     0x001000
 LOAD      0x0000000000027000 0x00007f581731e000 0000000000000000
           0x0000000000000000 0x00000000001ff000         0x001000
 LOAD      0x0000000000027000 0x00007f581751d000 0000000000000000
           0x0000000000004000 0x0000000000004000   X     0x001000
 LOAD      0x000000000002b000 0x00007f5817521000 0000000000000000
           0x0000000000002000 0x0000000000002000  WX     0x001000
 LOAD      0x000000000002d000 0x00007f5817523000 0000000000000000
           0x0000000000004000 0x0000000000004000  WX     0x001000
 LOAD      0x0000000000031000 0x00007f5817527000 0000000000000000
           0x0000000000001000 0x0000000000026000 R X     0x001000
 LOAD      0x0000000000032000 0x00007f5817722000 0000000000000000
           0x0000000000003000 0x0000000000003000  WX     0x001000
 LOAD      0x0000000000035000 0x00007f581774a000 0000000000000000
           0x0000000000002000 0x0000000000002000  WX     0x001000
 LOAD      0x0000000000037000 0x00007f581774c000 0000000000000000
           0x0000000000001000 0x0000000000001000   X     0x001000
 LOAD      0x0000000000038000 0x00007f581774d000 0000000000000000
           0x0000000000001000 0x0000000000001000  WX     0x001000
 LOAD      0x0000000000039000 0x00007f581774e000 0000000000000000
           0x0000000000001000 0x0000000000001000  WX     0x001000
 LOAD      0x000000000003a000 0x00007ffc20d16000 0000000000000000
           0x0000000000022000 0x0000000000022000  WX     0x001000
 LOAD      0x000000000005c000 0x00007ffc20d9c000 0000000000000000
           0x0000000000002000 0x0000000000002000   X     0x001000
 LOAD      0x000000000005e000 0x00007ffc20d9e000 0000000000000000
           0x0000000000002000 0x0000000000002000 R X     0x001000
 LOAD      0x0000000000060000 0xffffffffff600000 0000000000000000
           0x0000000000001000 0x0000000000001000 R X     0x001000
All worked

有一个ELF解析器提供 BFD（二进制文件描述符）库，这是一部分 binutils 并被使用 gdb， readelf 和别的。然而，它显然是相当古老和苛刻，所以直接从规范编写自己的ELF解析器可能更直接。

运行时库通常会安装一个信号处理程序来捕获故障（例如。 SIGSEV， SIGBUS等），和 abort 。要获取故障的地址，您很可能需要展开堆栈才能进行回溯。您还需要使用符号表来查找与函数名称匹配的地址。这可以作为二进制文件（在调试版本中）的一部分或单独的符号表文件。你所追求的错误地址是 _siginfo._sifields._sigfault.si_addr。

好像是 siginfo 对象未存储在核心文件中。该内核源代码 do_coredump() 值得一看。但保存siginfo 似乎是人们正在努力的事情。

@evaitl给出了一个很好的答案，所以我的投票就在那里。 :)

进一步阅读：

这个问题与此有关 stackoverflow.com/q/5986366/694576 如果不是重复它。（第三击中： google.com/search?q=format+of+core+dump，BTW） - alk

@alk感谢您的评论。但是这个问题并不是你提到的问题的重复。您提到的问题并没有告诉我如何检索导致核心转储的地址。 - ZillGate

@ZillGate“我想直接检索C中的地址” - 你能提供动力吗？您需要重新实施50％的GDB。也许有一个更简单的解决方案实际问题。 - Employed Russian

@EmployedRussian我正在改进用C编写的核心转储分析器。因此，使用C是一个理想的选择。但是如果获取地址很难，我应该编写一个Python脚本来直接调用gdb ... - ZillGate

查看GNU binutils中addr2line的源代码可能会有所帮助： gnu.org/software/binutils - Alok Singhal

谢谢。但是PC总是包含故障的地址吗？如果是这样，为什么需要在gdb中使用“$ _siginfo._sifields._sigfault.si_addr”来获取地址，而不是只打印出PC？谢谢！（看到： stackoverflow.com/questions/3003339/...） - ZillGate

这个答案有两个错误：1。BFD是一个可怕图书馆;将它用于任何事情都是错误的。 readelf 不使用它，因为它的抽象不匹配 ELF 好吧，并不能代表 ELF 忠实。 2：“你只需要检索 PC“只有在没有的情况下才是真的 SIGSEGV 处理程序安装如果有，它就会打电话 abort （通常就是这种情况），那么你需要实际展开堆栈才能找到实际故障地址。 - Employed Russian

@EmployedRussian感谢您的评论。你能回答这个问题吗？ - ZillGate

@ZillGate我发现了一些更多的信息，但还没有时间写出来。确实如果安装了信号处理程序，那么PC将不是实际的故障地址。有什么问题 siginfo 实际上是在核心文件中（如果有的话）。更晚些时候...... - gavinb

@ZillGate如果故障导致SIGILL，SIGFPE，SIGSEGV或SIGBUS，那么您提到的字段包含故障内存引用，该引用可能与rip中的内容不同。将NT_SIGINFO交给我在下面提到的代码，你会得到一个 siginfo_t * 包含信号信息。 - evaitl

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