Linux下利用backtrace追踪函数调用堆栈以及定位段错误

一般察看函数运行时堆栈的方法是使用GDB（bt命令）之类的外部调试器,但是,有些时候为了分析程序的BUG,(主要针对长时间运行程序的分析),在程序出错时打印出函数的调用堆栈是非常有用的。

在glibc头文件"execinfo.h"中声明了三个函数用于获取当前线程的函数调用堆栈。

int backtrace(void **buffer,int size)      

该函数用于获取当前线程的调用堆栈,获取的信息将会被存放在buffer中,它是一个指针列表。参数 size 用来指定buffer中可以保存多少个void* 元素。函数返回值是实际获取的指针个数,最大不超过size大小。

在buffer中的指针实际是从堆栈中获取的返回地址,每一个堆栈框架有一个返回地址。

注意:某些编译器的优化选项对获取正确的调用堆栈有干扰,另外内联函数没有堆栈框架;删除框架指针也会导致无法正确解析堆栈内容。

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

backtrace_symbols将从backtrace函数获取的信息转化为一个字符串数组. 参数buffer应该是从backtrace函数获取的指针数组,size是该数组中的元素个数(backtrace的返回值)。

函数返回值是一个指向字符串数组的指针,它的大小同buffer相同.每个字符串包含了一个相对于buffer中对应元素的可打印信息.它包括函数名，函数的偏移地址,和实际的返回地址。

现在,只有使用ELF二进制格式的程序才能获取函数名称和偏移地址.在其他系统,只有16进制的返回地址能被获取.另外,你可能需要传递相应的符号给链接器,以能支持函数名功能（比如,在使用GNU ld链接器的系统中,你需要传递(-rdynamic)， -rdynamic可用来通知链接器将所有符号添加到动态符号表中，如果你的链接器支持-rdynamic的话，建议将其加上！）

该函数的返回值是通过malloc函数申请的空间,因此调用者必须使用free函数来释放指针。

注意:如果不能为字符串获取足够的空间函数的返回值将会为NULL。

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

backtrace_symbols_fd与backtrace_symbols 函数具有相同的功能,不同的是它不会给调用者返回字符串数组,而是将结果写入文件描述符为fd的文件中,每个函数对应一行.它不需要调用malloc函数,因此适用于有可能调用该函数会失败的情况。

下面是glibc中的实例（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];
 int size;
 char **strings;
 int 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;
}      

输出如下：

[root@vm userAppInit]# gcc test.c
[root@vm userAppInit]# ./a.out
Obtained 5 stack frames.
./a.out [0x80484dd]
./a.out [0x804856d]
./a.out [0x8048585]
/lib/libc.so.6(__libc_start_main+0xdc) [0x616e9c]
./a.out [0x8048411]      

只能看到地址，现在修改编译参数：

[root@vm userAppInit]# gcc -rdynamic  test.c
[root@vm userAppInit]# ./a.out
Obtained 5 stack frames.
./a.out(print_trace+0x19) [0x80486ad]
./a.out(dummy_function+0xb) [0x804873d]
./a.out(main+0x16) [0x8048755]
/lib/libc.so.6(__libc_start_main+0xdc) [0x616e9c]
./a.out [0x80485e1]      

现在可以看到函数名了，但是没有行号，不过没有关系addr2line提供了这个功能。

在调用 Addr2line 工具时，要使用 -e 选项来指定可执行映像是 a.out。通过使用 -f 选项，可以告诉工具输出函数名。

然后我们试图用addr2line来看地址对应的函数和行号：

[root@vm userAppInit]# addr2line 0x80486ad -e ./a.out f
??:0
??:0      

失败了，然后我们再次修改编译参数：

[root@vm userAppInit]# gcc -g -rdynamic test.c
[root@vm userAppInit]# ./a.out
Obtained 5 stack frames.
./a.out(print_trace+0x19) [0x80486ad]
./a.out(dummy_function+0xb) [0x804873d]
./a.out(main+0x16) [0x8048755]
/lib/libc.so.6(__libc_start_main+0xdc) [0x616e9c]
./a.out [0x80485e1]
[root@vm userAppInit]# addr2line 0x80486ad -e ./a.out -f
print_trace
/home/D8135/SW_COMM/lib/SW_BPS/Terminal/D8135/CPU/userAppInit/test.c:12      

这次成功了，多加了-g参数。