使用 GCC 的函数检测，为什么使用 C++ STL 容器或流 I/O 会导致段错误？

Using GCC's function instrumentation, why does using C++ STL containers or stream I/O cause a segfault?

本文关键字：段错误 错误 检测 函数 GCC 为什么 STL C++ 使用      更新时间：2023-10-16

我最近读到了关于使用GCC的代码生成功能(特别是-finstrument-functions编译器标志(轻松地向我的程序添加检测的信息。我觉得这听起来很酷，并在之前的C++项目中进行了尝试。在我的补丁进行了几次修订后，我发现每当我尝试使用 STL 容器或使用C++流 I/O 打印到 stdout 时，我的程序都会立即崩溃并出现段错误。我的第一个想法是维护Event结构的std::list

typedef struct  
{
    unsigned char event_code;
    intptr_t func_addr;
    intptr_t caller_addr;
    pthread_t thread_id;
    timespec ts;
}Event;
list<Event> events;

这将在程序终止时写入文件。GDB 告诉我，当我尝试向列表中添加Event时，调用events.push_back(ev)本身会发起检测调用。这并不令人惊讶，在我考虑了一会儿之后是有道理的，所以计划2。

博客中让我卷入所有这些混乱的例子并没有做任何疯狂的事情，它只是使用 fprintf() 将字符串写入文件。我不认为使用C++的基于流的I/O而不是旧的(f)printf()会有任何害处，但事实证明这种假设是错误的。这一次，GDB报告了一个看起来相当正常的下降到标准库，而不是一个近乎无限的死亡螺旋......然后是段错误。

一个简短的例子

#include <list>
#include <iostream>
#include <stdio.h>
using namespace std;
extern "C" __attribute__ ((no_instrument_function)) void __cyg_profile_func_enter(void*, void*);
list<string> text;
extern "C" void __cyg_profile_func_enter(void* /* unused */, void* /* unused */)
{
    // Method 1
    text.push_back("NOPE");
    // Method 2
    cout << "This explodes" << endl;
    // Method 3
    printf("This works!");
}

示例 GDB 回溯

方法 1

#0  _int_malloc (av=0x7ffff7380720, bytes=29) at malloc.c:3570
#1  0x00007ffff704ca45 in __GI___libc_malloc (bytes=29) at malloc.c:2924
#2  0x00007ffff7652ded in operator new(unsigned long) ()
   from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#3  0x00007ffff763ba89 in std::string::_Rep::_S_create(unsigned long, unsigned long, std::allocator<char> const&) () from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#4  0x00007ffff763d495 in char* std::string::_S_construct<char const*>(char const*, char const*, std::allocator<char> const&, std::forward_iterator_tag) () from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#5  0x00007ffff763d5e3 in std::basic_string<char, std::char_traits<char>,  std::allocator<char> >::basic_string(char const*, std::allocator<char> const&) () from  /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#6  0x00000000004028c1 in __cyg_profile_func_enter () at src/instrumentation.cpp:82
#7  0x0000000000402c6f in std::move<std::string&> (__t=...) at     /usr/include/c++/4.6/bits/move.h:82
#8  0x0000000000402af5 in std::list<std::string, std::allocator<std::string>   >::push_back(std::string&&) (this=0x6055c0, __x=...) at   /usr/include/c++/4.6/bits/stl_list.h:993
#9  0x00000000004028d2 in __cyg_profile_func_enter () at src/instrumentation.cpp:82
#10 0x0000000000402c6f in std::move<std::string&> (__t=...) at /usr/include/c++/4.6/bits/move.h:82
#11 0x0000000000402af5 in std::list<std::string, std::allocator<std::string> >::push_back(std::string&&) (this=0x6055c0, __x=...) at /usr/include/c++/4.6/bits/stl_list.h:993
#12 0x00000000004028d2 in __cyg_profile_func_enter () at src/instrumentation.cpp:82
#13 0x0000000000402c6f in std::move<std::string&> (__t=...) at /usr/include/c++/4.6/bits/move.h:82
#14 0x0000000000402af5 in std::list<std::string, std::allocator<std::string> >::push_back(std::string&
...

方法 2

#0  0x00007ffff76307d1 in std::ostream::sentry::sentry(std::ostream&) ()
    from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#1  0x00007ffff7630ee9 in std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&  std::__ostream_insert<char, std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&, char const*, long) ()
   from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#2  0x00007ffff76312ef in std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >& std::operator<< <std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&, char const*) ()
   from /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#3  0x000000000040251e in __cyg_profile_func_enter () at src/instrumentation.cpp:81
#4  0x000000000040216d in _GLOBAL__sub_I__ZN8GLWindow7attribsE () at src/glwindow.cpp:164
#5  0x0000000000402f2d in __libc_csu_init ()
#6  0x00007ffff6feb700 in __libc_start_main (main=0x402cac <main()>, argc=1, ubp_av=0x7fffffffe268, 
init=0x402ed0 <__libc_csu_init>, fini=<optimized out>, rtld_fini=<optimized out>, 
stack_end=0x7fffffffe258) at libc-start.c:185
#7  0x0000000000401589 in _start ()

环境：

  • Ubuntu Linux 12.04 (x64(
  • 海湾合作委员会 4.6.3
  • 英特尔 3750K 处理器
  • 8GB 内存

在检测函数中使用cout的问题在于，__libc_csu_init() 正在调用检测函数，这是运行时初始化的早期部分 - 在全局C++对象有机会被构造之前(事实上，我认为__libc_csu_init()负责启动这些构造函数 - 至少是间接的(。

所以cout还没有机会被建造，试图使用它效果不是很好......

这很可能是您在修复无限递归后尝试使用std::List时遇到的问题(在Dave S的回答中提到(。

如果愿意在初始化期间丢失一些检测，可以执行以下操作：

#include <iostream>
#include <stdio.h>
int initialization_complete = 0;
using namespace std;
extern "C" __attribute__ ((no_instrument_function)) void __cyg_profile_func_enter(void*, void*);
extern "C" void __cyg_profile_func_enter(void* /* unused */, void* /* unused */)
{
    if (!initialization_complete) return;
    // Method 2
    cout << "This explodes" << endl;
    // Method 3
    printf("This works! ");
}
void foo()
{
    cout << "foo()" << endl;
}
int main()
{
    initialization_complete = 1;
    foo();
}

第一种情况似乎是无限循环，导致堆栈溢出。 这可能是因为 std：：list 是一个模板，它的代码是作为你使用它的翻译单元的一部分生成的。 这会导致它也被检测。 所以你调用push_back，它调用处理程序，它调用push_back，...

第二个，如果我不得不猜测，可能是相似的，尽管很难说。

解决方案是单独编译检测函数，而不使用 -finstrument-函数。 请注意，示例博客单独编译了 trace.c，没有选项。

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