Linux 打败Linux系统中的Bug

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广州北大青鸟网络培训中心精华推荐：打败Linux系统中的Bug

调试zSeries上的Linux应用程序类似于调试其他体系结构上的Linux应用程序。对于有经验的Linux开发人员，最大的挑战是理解新的系统体系结构。对于刚接触Linux的大型机开发人员，掌握新的调试工具似乎是一项令人畏惧的任务。不要害怕。本文将提供一些有用的提示来帮助您入门。
学问来自实践，但是对于调试工具，在没有出现问题而迫使您去修复它们之前，“实践”是不会发生的。考虑到这点，下面将提供让您入门的“速成”指南。
User Debug 日志记录
调试一个崩溃的程序的第一步是弄清哪里出了错。zSeries 上的Linux内核具有这样一个内置特性，它在用户进程崩溃时记录一些基本的调试信息。要启用这个特性，请以 root 用户身份执行如下命令：

echo 1 >> /proc/sys/kernel/userprocess_debug

当某个进程崩溃时，日志文件（/var/log/messages）中就会给出附加的信息，包括程序终止原因、故障地址，以及包含程序状态字（PSW）、通用寄存器和访问寄存器的简要寄存器转储。
图 1
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Mar 31 11:34:28 l02 kernel: User process fault: interruption code 0x10
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: failing address: 0
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: CPU: 1
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: Process simple (pid: 30122, stackpage=05889000)
Mar 31 11:34:28 l02 kernel:
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: User PSW: 070dc000 c00ab738
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: task: 05888000 ksp: 05889f08 pt_regs: 05889f68
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: User GPRS:
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: 00000000 004019a0 004019a0 00000000
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: 00000003 c00ab732 004008f8 00400338
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: 40018ffc 0040061c 40018e34 7ffff800
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: 00400434 80400624 8040066e 7ffff800
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: User ACRS:
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: 00000000 00000000 00000000 00000000
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: 00000001 00000000 00000000 00000000
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: 00000000 00000000 00000000 00000000
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: 00000000 00000000 00000000 00000000
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: User Code:
Mar 31 11:34:28 l02 kernel: 44 40 50 00 07 fe a7 4a 00 01 18 54 18 43 18 35
a8 24 00 00

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图 1 表明程序（名为“simple”）以一个程序中断代码 0x10 终止（操作系统原理表明这是一个段转换错误），而故障地址为 0。毫无疑问，有人使用了空指针。现在我们知道发生了什么，下面需要弄清它发生在何处。
基本的诊断
User Debug日志条目所提供的信息可用于确定程序的崩溃位置。一些可用的工具可帮助解决您可能会遇到的各种程序终止问题。我们将在本文中逐步介绍那些工具。
首先，让我们检查一下该日志条目中的用户 PSW。该 PSW 包含指令地址、状态码以及关于机器状态的其他信息。眼下，我们仅关心指令地址（第33至第63位）。为简化起见，让我们假设用户PSW是 070dc000 80400618。记住，我们是在考察一个 ESA/390（31 位寻址）PSW。第32位不是指令地址的一部分，它是指示 31 位寻址模式的标志，但是在研究 PSW 值时必须处理它。为了获得实际的指令指针，可把PSW的第二个字减去 0x80000000。结果是一个指令地址 0x400618。为了定位代码，您需要可执行文件中的一些信息。首先使用readelf来打印一些程序头信息。

图 2
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Elf file type is EXEC (Executable file)
Entry point 0x400474
There are 6 program headers, starting at offset 52
Program Headers:
Type Offset VirtAddr PhysAddr FileSiz MemSiz Flg Align
PHDR 0x000034 0x00400034 0x00400034 0x000c0 0x000c0 R E 0x4
INTERP 0x0000f4 0x004000f4 0x004000f4 0x0000d 0x0000d R 0x1
[Requesting program interpreter: /lib/ld.so.1]
LOAD 0x000000 0x00400000 0x00400000 0x00990 0x00990 R E 0x1000
LOAD 0x000990 0x00401990 0x00401990 0x000fc 0x00114 RW 0x1000
DYNAMIC 0x0009ac 0x004019ac 0x004019ac 0x000a0 0x000a0 RW 0x4
NOTE 0x000104 0x00400104 0x00400104 0x00020 0x00020 R 0x4
Section to Segment mapping:
Segment Sections...
00
01 .interp
02 .interp .note.ABI-tag .hash .dynsym .dynstr .gnu.version
.gnu.version_r .rela.got .rela.plt .init .plt .text .fini .rodata
03 .data .eh_frame .dynamic .ctors .dtors .got .bss
04 .dynamic
05 .note.ABI-tag

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图 2 显示了readelf -l simple的结果（记住“simple”是我们的测试程序的名称）。在Program Headers部分，第一个 LOAD 行提供了关于程序从哪里加载的信息。在 Flg 列，该段被标记为 R(read)E(executable)。VirtAddr是程序开始加载的地址。MemSiz是正在被加载到这个段中的代码长度。把它加到VirtAddr上，这个程序的基本地址范围就是0x400000-0x400990。程序发生崩溃的指令地址为0x400618，在程序的加载范围之内。现在我们知道了问题直接发生在代码中。
如果可执行文件包括调试符号，那么确定哪一行代码导致了问题是可以做到的。对该地址和可执行文件使用addr2line 程序，如下所示：

addr2line -e simple 0x400618

将返回：

/home/devuser/simple.c:34

要研究该问题，可以检查第 34 行。
对于图1中原始的程序崩溃，PSW 为070dc000 c00ab738。要获得指令地址，可减去0x80000000。结果为0x400ab738。这个地址并不准确地落在我们的小程序之内。那么，它是什么呢？是来自共享库的代码。如果对可执行文件运行ldd 命令（ldd simple），将会返回程序运行所需的共享对象的列表，以及该库在那里可用的地址。

libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40021000)
/lib/ld.so.1 => /lib/ld.so.1 (0x40000000)

该指令地址对应于加载libc.so.6的地址。在我们的简单测试案例中，只需要两个共享对象。其他应用程序可能需要更多共享对象，这使得ldd的输出更加复杂。我们将以perl作为例子。 输入：

ldd /usr/bin/perl

将得到：

libnsl.so.1 => /lib/libnsl.so.1 (0x40021000)
libdl.so.2 => /lib/libdl.so.2 (0x40039000)
libm.so.6 => /lib/libm.so.6 (0x4003d000)
libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40064000)
libcrypt.so.1 => /lib/libcrypt.so.1 (0x4018f000)
/lib/ld.so.1 => /lib/ld.so.1 (0x40000000)

所需要的一切都在那里了，但是我发现对于这个进程，下面的内容读起来更快一点：

ldd /usr/bin/perl | awk ‘{print? $4 “ “ $3 }’ | sort
(0x40000000) /lib/ld.so.1
(0x40021000) /lib/libnsl.so.1
(0x40039000) /lib/libdl.so.2
(0x4003d000) /lib/libm.so.6
(0x40064000) /lib/libc.so.6
(0x4018f000) /lib/libcrypt.so.1

现在我们来确定崩溃发生在libc中的何处。假设libc.so.6的加载地址是0x40021000，从指令地址 0x400ab738减去它，结果为0x8a738。这是进入libc.so.6 的偏移。使用nm命令，从libc.so.6转储符号，然后尝试确定该地址位于哪个函数中。对于libc.so.6，nm将生成7,000多行输出。通过对计算得出的偏移部分执行 grep（正则表达式查找程序）可以削减必须检查的数据量。输入：

nm /lib/libc.so.6 | sort | grep 0008a

将返回 66 行，在该输出的中间，我们会发现：

0008a6fc T memcpy
0008a754 t _wordcopy_fwd_aligned

该偏移落在memcpy中的某个位置。在此例中，一个空指针被当作目标地址传递给了memcpy。我们在何处调用的memcpy呢？问得好。我们可以通过检查输出在日志文件中的寄存器转储来确定目标区域。寄存器14包含执行某个函数调用时的返回地址。根据图1，R14是0x8040066e，它在截去高位之后产生一个地址 0x40066e。这个地址落在我们的程序范围之内，因此可以运行addr2line来确定该地址在何处。输入：

addr2line -e simple 0x40066e

将返回：

/home/devuser/simple.c:36

这是我们调用memcpy之后的那一行。关于addr2line的一点补充：如果可执行文件中没有包括调试符号，您将获得??:0 作为响应。


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