调试coredump步骤(coredump原理)

全栈程序员站长

发布于 2022-07-28 17:36:33

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大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

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1 前言

在上一篇文章中描述了如何使用Valgrind工具检查内存相关问题，包括内存泄露、空指针使用、野指针使用、重复释放等问题。对于大多数情况下，Valgrind的作用性体现更多在于“内存泄露”检查，因为空指针、野指针的访问，会引发程序段错误（segment fault ）而终止，此时可以借助linux系统的coredump文件结合gdb工具可以快速定位到问题发生位置。此外，程序崩溃引发系统记录coredump文件的原因是众多的，野指针、空指针访问只是其中一种，如堆栈溢出、内存越界等等都会引起coredump，利用好coredump文件，可以帮助我们解决实际项目中的异常问题。

2 coredump

2.1 什么是coredump

coredump指的是应用程序因为各种原因导致异常终止时，操作系统将应用程序的异常发生时的状态信息记录为一个coredump的文件。一个coredump文件主要包含了应用程序的内存信息、寄存器状态、堆栈地址、函数调用上下文，开发人员通过分析这些信息，确定程序异常发生时的调用位置，如果是堆栈溢出，还需分析多层函数的调用信息。

通俗来说，coredump是操作系统记录应用程序非正常终止的信息，留给我们排查问题的依据。

2.2 coredump意义

coredump对于分析程序异常的作用是不言而喻的。以以前我们学习ARM 32位MCU为例（STM32），由于初学过程，代码质量参差不齐，经常引起硬件错误中断（Hard Fault）。面对这种情况，我们是束手无策的，一方面是程序发生错误后没有记录到有参考意义的信息（当然，可以通过仿真器实时获取堆栈信息，但对于实际产品不不现实）；另一方面是问题复现概率比较低，复现条件不确定。linux系统是一个“考虑周全”的操作系统，应用程序发生异常，会记录一些关键的信息，已便于我们分析。coredump的意义就在于此。

根据记录信息分析程序异常的原因
根据记录信息反推出现问题的条件，复现问题来验证

2.3 coredump产生的场景

应用程序发生异常时，会产生coredump文件记录，这些异常几乎都与内存相关，总结起来包括几点。

【1】内存访问越界

数组下标越界
超出动态（malloc/new）内存申请范围
字符串没有结束符，一些函数依赖于字符串结束符，如 strcpy、strcmp、sprintf

【2】访问非法指针

空指针（未申请内存）
野指针（已释放内存）
重复释放指针（内存）
指针强制转换，指针强制转换需特别谨慎，可能因为对齐、起始地址等问题引起内存访问错误

【3】堆栈溢出，分配大量局部变量、多重函数调用、较深的函数递归等可能导致堆栈溢出

【4】多线程访问

调用不可重入函数
共享数据未互斥访问

2.2 开启coredump

系统默认不开启coredump记录功能，执行"ulimit -c"查看是否开启，返回0表示未开启coredump记录功能。

查看是否记录coredump

acuity@ubuntu:~$ ulimit -c
1024

可以使用“ulimit -c [size]”命令指定记录coredump文件的大小，即是开启coredump记录。需要注意的是，单位为block，1block=512bytes。

开启coredump

acuity@ubuntu:~$ ulimit -c 1024

万一程序比较糟糕，指定的coredump文件大小限制，导致文件记录不到或者缺失怎么办。此时，一劳永逸的办法就是不限制coredump文件大小；执行“ulimit -c unlimited”设定，设置时需要root权限。

不限制coredump文件大小

root@ubuntu:/home/acuity# ulimit -c unlimited
root@ubuntu:/home/acuity# ulimit -c 
unlimited

以上方式都是在终端临时设置开启coredump记录功能，系统重启后失效，很显然这不是理想的方法。理想的方法是修改配置文件，使得系统一直开启coredump记录功能，至少在项目开发测试阶段是需要开启的。原则上，软件发布后也应该记录，出现问题后能够有追溯和分析问题的依据。

通过配置文件使能

在"/etc/profile"文件增加" ulimit -c unlimited "。

注： ulimit 命令是一个设置资源限制的命令，除了coredump外，还可以设定其他资源限制

-a：查看当前资源限制信息
-c <core最大值>：设定core文件的最大值，单位为块（block）
-d <数据节段大小>：进程数据段最大值，单位为KB
-f <文件大小>：进程可创建最大文件值，单位为块（block）
-H：设置资源的硬性限制，设置后不可更改
-l <内存大小>：可加锁内存大小，单位为KB
-m <内存大小>：指定可使用内存的上限，单位为KB
-n <文件数目>：进程最大可打开的文件数（文件描述符数目）
-p <缓冲区大小>：管道缓冲区的大小，单位为KB
-s <堆栈大小>：线程最大堆栈大小，单位为KB
-S：设置资源的弹性限制，不可超过硬性资源限制
-t <cpu时间>：cpu最大占用时间，单位为秒
-u <进程数目>：用户可创建的最大进程数
-v <虚拟内存大小>：进程最大可用虚拟内存，单位为KB

**除此之外，还有可以通过在代码中设定开启coredump。**然而一般不推荐该方式，因为如果代码中没有增加开启功能，而应用程序又发生了异常，系统将无法记录coredump。建议在系统配置文件设置开启。

访问接口：

#include <sys/resource.h>

int getrlimit(int resource, struct rlimit *rlim);	/* 获取coredump 文件限制大 小 */
int setrlimit(int resource, const struct rlimit *rlim);/* 设置coredump 文件限制 大小 */

例子：

#include <sys/resource.h>

int main(int argc, char * argv [ ])
{ 
   
	struct rlimit rlmt;
	
	rlmt.rlim_cur = (rlim_t)1024;
    rlmt.rlim_max  = (rlim_t)1024;

    if (-1 == setrlimit(RLIMIT_CORE, &rlmt)) 
    { 
   
        perror("setrlimit error");
        return -1; 
    }   
}

2.3 coredump存储位置与命名

coredump文件默认存储于应用程序执行目录下，文件名称为“core”。使用默认文件名称显然不是一个好的方式，如果有多个应用程序异常终止，将覆盖core文件；或者同一个应用程序，在异常终止后被守护进程重新启动运行，再次异常时导致core文件被覆盖。

文件名称带进程id（PID）

修改"/proc/sys/kernel/core_uses_pid"文件，可以将进程的id作为作为扩展名，文件内容为1表示使用扩展名，默认为0；使用进程id扩展名时，生成的core文件格式为"core.xxx"，xxx为进程id。

更详细的名称以及存储位置

修改"/proc/sys/kernel/core_pattern"文件可以设置coredump文件的存储位置和更详细的文件名称。默认位置和名称信息如下：

root@ubuntu:/home/acuity# cat /proc/sys/kernel/core_pattern
|/usr/share/apport/apport %p %s %c %d %P %E

扩展字符含义：

%p - 扩展进程id（pid）
%P - 与%p作用相同
%u - 扩展用户id（uid）
%g - 扩展组id（gid）
%s - 扩展产生信号
%t - 扩展当前时间，从1970-01-0100:00:00开始的秒数
%h - 扩展主机名
%e - 扩展应用程序文件名称
%E - 扩展应用程序文件名称，包括文件绝对路径

coredump存储目录不变（存储于当前应用程序目录下），文件扩展名称增加应用程序文件名称、进程id、当前时间，这是实际场景常用的基本用法，能否适用绝对部分场合。可以用vi直接打开文件编辑，也可以使用echo修改文件内容，前提都是必须以root权限修改。

在应用程序当前目录生成“core.name.pit.time”文件

echo ./core.%e.%p.%t > /proc/sys/kernel/core_pattern

如需指定其他存储路径，可以修改路径部分。

在“/home”目录生成“core-name-pit-time”文件

echo /home/core-%e-%p-%t > /proc/sys/kernel/core_pattern

注：指定某些目录，可以生成coredump文件，但文件内容为空，可能是权限问题？？

3 使用coredump

编写一个“非法”程序，让系统记录coredump，结合gdb来分析过程；编译时需加入"-g"，保留调试信息。

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

int main(int argc, char * argv [ ])
{ 
   	
	int *p = NULL;

	p = malloc(4);
	if (p == NULL)
	{ 
   
		perror("malloc failed");
	}
    printf("address [0x%p]\r\n", p);
	
	free(p);	
	free(p);	/* 重复释放*/
	
    return 0;
}

编译执行该程序，由于访问野指针，程序异常退出，将产生一个coredump文件。

查看coredump文件

root@ubuntu:/usr# file core.coredump.2046.1591860958 
core.coredump.2046.1591860958: ELF 64-bit LSB core file x86-64, version 1 (SYSV), SVR4-style, from './coredump'