程序段错误处理

SIGSEGV, SIGABRT, SIGBUS

SIGSEGV

SIGSEGV --- Segment Fault. The possible cases of your encountering this error are:
buffer overflow --- usually caused by a pointer reference out of range.
stack overflow --- please keep in mind that the default stack size is 8192K.
illegal file access --- file operations are forbidden on our judge system.

Example

char *p = NULL;
*p = 1;

SIGBUS

 address alignment可能会导致SIGBUS.

SIGABRT

对同一个指针free() 2次可能会产生SIGABRT

SIGBUS与SIGSEGV区别:

SIGBUS(Bus error)意味着指针所对应的地址是有效地址，但总线不能正常使用该指针。通常是未对齐的数据访问所致。
SIGSEGV(Segment fault)意味着指针所对应的地址是无效地址，没有物理内存对应该地址。

结论

SIGSEGV:  一般是非法内存访问错误；
SIGABRT:  重复释放内存则会导致；
SIGBUS :  address alignment可能会导致。

程序中处理

1. 函数说明

#include <execinfo.h>

int backtrace(void **buffer, int size);

该函数获取当前线程的调用堆栈，获取的信息将会被存放在buffer中，它是一个指针数组，参数size用来指定buffer中可以保存多少个void元素。函数的返回值是实际返回的void元素个数。buffer中的void*元素实际是从堆栈中获取的返回地址。

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

该函数将backtrace函数获取的信息转化为一个字符串数组，参数buffer是backtrace获取的堆栈指针，size是backtrace返回值。函数返回值是一个指向字符串数组的指针，它包含char*元素个数为size。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，包括函数名、函数偏移地址和实际返回地址。
backtrace_symbols生成的字符串占用的内存是malloc出来的，但是是一次性malloc出来的，释放是只需要一次性释放返回的二级指针即可。

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

该函数与backtrace_symbols函数功能相同，只是它不会malloc内存，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。该函数可重入。

2. 首先注册信号

signal(SIGSEGV, segv_signal_handler);
signal(SIGABRT, segv_signal_handler);
signal(SIGBUS, segv_signal_handler);

3. 在信号处理函数中，打印堆栈信息

当程序出现崩溃等异常时，会接收到内核发送给进程的异常信号，进程接收到异常信号后，可以在处理信号的时候将程序的堆栈信息打印出来，以便于程序调试。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <execinfo.h>

void segv_signal_handler(int signum)
{
#define BACKTRACE_SIZE 16
    int nptrs, i;
    void *buffer[BACKTRACE_SIZE]={0};
    char **strings;
    
    printf("\n>>>>>>>>> Catch Signal [%d] <<<<<<<<<\n", signum);
    nptrs = backtrace(buffer, BACKTRACE_SIZE);
    strings = backtrace_symbols(buffer, nptrs);
    if (!strings) {
        printf("backtrace_symbols() error");
        exit(-1);
    }
    
    printf("===== print backtrace begin =====\n");
    for (i=0; i<nptrs; i++) {
        printf("[%02d] %s\n", i, strings[i]);
    }
    printf("===== print backtrace end =====\n\n");
    
    free(strings);
    exit(-1);
}

4. 函数使用注意事项

backtrace() 的实现依赖于栈指针（fp寄存器），在gcc编译过程中任何非零的优化等级（-On参数）或加入了栈指针优化参数-fomit-frame-pointer后多将不能正确得到程序栈信息；
backtrace_symbols() 的实现需要符号名称的支持，在gcc编译过程中需要加入 -rdynamic 参数；
内联函数没有栈帧，它在编译过程中被展开在调用的位置；
尾调用优化（Tail-call Optimization）将复用当前函数栈，而不再生成新的函数栈，这将导致栈信息不能正确被获取。