使用 C 从核心转储中获取导致分段错误的地址答案

【问题标题】：Get the address that caused segmentation fault from core dump using C使用 C 从核心转储中获取导致分段错误的地址
【发布时间】：2016-11-14 19:09:40
【问题描述】：

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，如何获得导致 C 中核心转储的地址？我知道可以从这个答案中使用 gdb 获取地址：

How can I get GDB to tell me what address caused a segfault?

但我想直接检索 C 中的地址。任何信息将不胜感激。谢谢！

注意：我知道如何将核心转储解析为精灵。但是我不知道如何获取导致段错误的地址。

【问题讨论】：

这个问题与stackoverflow.com/q/5986366/694576 相关，如果不是重复的话。（第三次点击这里：google.com/search?q=format+of+core+dump，顺便说一句）
@alk 感谢您的评论。但是这个问题不是你提到的问题的重复。您提到的问题没有告诉我如何检索导致核心转储的地址。
@ZillGate "我想直接检索 C 中的地址" -- 你能提供动机吗？您需要重新实现 50% 的 GDB。对于您的实际问题，也许有更简单的解决方案。
@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，我可能应该写一个Python脚本直接调用gdb......
查看来自 GNU binutils 的 addr2line 的源代码可能会有所帮助：gnu.org/software/binutils

标签： c elf coredump

【解决方案1】：

BFD (Binary File Descriptor) library 提供了一个 ELF 解析器，它是binutils 的一部分，供gdb、readelf 等使用。然而，它显然已经很老了，而且很笨拙，所以直接从规范中编写自己的 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错误（例如SIGSEV、SIGBUS 等）和abort。要获取故障地址，您很可能需要展开堆栈以进行回溯。您还需要有可用的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的一部分（在调试版本中）或单独的符号表文件中使用。您查找的错误地址是_siginfo._sifields._sigfault.si_addr。

看来siginfo object is not stored in the core files. kernel source for do_coredump() 值得一看。但是saving siginfo 似乎是人们正在研究的东西。

@evaitl 在上面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：

【讨论】：

谢谢。但是 PC 是否总是包含故障地址？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，而不是仅仅打印出PC？谢谢！（见：stackoverflow.com/questions/3003339/…）
这个答案有两个错误： 1. BFD 是一个 horrible 库；将它用于任何事情都是错误的。 readelf 不使用它，因为它的抽象与ELF 不匹配，不能忠实地表示ELF。 2：“你只需要检索PC”只有在没有安装SIGSEGV处理程序时才成立。如果有，并且它调用abort（通常是这种情况），那么您需要实际展开堆栈以找到实际故障地址。
@EmployedRussian 感谢您的评论。你能回答这个问题吗？
@ZillGate 我找到了更多信息，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。有一个问题是siginfo 实际上在核心文件中（如果有的话）。更多稍后...
@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，这可能与 rip 中的内容不同。将 NT_SIGINFO 交给我在下面提到的代码，你会得到一个包含信号信息的siginfo_t *。

【解决方案2】：

我的问题是，我怎样才能得到导致核心转储的地址在 C 中？

简答：

有两种方法可以解释这个问题。

错误指令的地址是什么？
超出范围的地址是什么？

Elf 核心转储将所有元信息保存在注释中，即存储在音符片段中。笔记有不同的类型。

要回答 #1，我们需要获取寄存器。看精灵头到找到程序头表。走程序头表查找注释表（类型 PT_NOTE）。走笔记表找到笔记键入 NT_PRSTATUS。这篇笔记的有效载荷是struct elf_prstatus，可以在 linux/elfcore.h 中找到。中的一个该结构的字段是所有通用寄存器。抓住 %rip 就完成了。

对于#2，我们做了类似的事情。这次我们要找的笔记 NT_SIGINFO 类型。本笔记的有效载荷是一个 siginfo_t 结构在 signal.h 中定义。适用信号（SIGILL、SIGFPE、SIGSEGV、 SIGBUS），字段 si_addr 将包含您尝试访问的地址访问但无法访问。

更多信息如下。在示例核心转储中，rip 是 0x400560，即试图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位于 0x03。这与其余的信号信息一起显示。

长答案：

我认为 BFD 已经有 25 年的历史了，所以我不会使用它来将核心文件的内容转储到 linux 机器上。也许如果您必须编写某种需要使用多种格式的通用代码，但即便如此，我也不确定我今天会这样做。

elf spec 写得很好，根据需要浏览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，只需几行直接的 C 代码即可解析出来。

我编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。我把它放在github。获取note payload的逻辑在这个函数中：

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;
}

该函数被传递一个指向elf文件的指针和一个笔记类型，并返回一个指向相关笔记的有效负载的指针，如果它存在的话。各种可能的笔记类型在 elf.h 中。我在机器上的核心文件中实际看到的注释类型是：

#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 */

这些结构大部分都在 /usr/include/linux 下的头文件中。 xsave 结构是intel manual 第 13 章中描述的几 KB 浮点信息。它有 SSE、AVX 和 MPX，在其中注册。

NT_FILE 负载似乎在标头中没有关联的结构，但它在内核注释 (fs/binfmt_elf.c) 中进行了描述：

/*
 * 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...
 */

为 32 位系统解析 elf 文件的更改非常简单。使用相应的 Elf32_XXX 结构并将可变大小的字段向上取整为 4 而不是 8。

过去几天我一直在为这个小程序添加一些东西。目前它处理文件头、段头、通用寄存器、程序状态、程序信息和回溯。我会在有时间的时候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

【讨论】：