linux SIGSEGV 信号捕捉,保证发生段错误后程序不崩溃

在linux中编程的时候 有时候 try catch 可能满足不了我们的需求。因为碰到类似数组越界 ,非法内存访问之类的 ,这样的错误无法捕获。下面我们介绍一种使用捕获信号实现的异常 用来保证诸如段错误之类的错误发生时程序不会崩溃,而是跳过代码继续执行。首先我们来看看发生段错误之后系统的处理。

发生段错误后系统会抛出 SIGSEGV 信号 ,之后 调用默认的信号处理函数 ,产生core文件 ,然后关闭程序 。

那有没有一种办法可以保证程序不会死掉呢,当然是有的 。首先我们想到的是 截获改信号,调用自己的信号处理函数 。

让我们来看看signal 这个函数 。

 #include <signal.h>

       typedef void (*sighandler_t)(int);

       sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

        第一个参数 的意思表示你要绑定的信号 (可以使用在控制台使用 kill -l 查看都有哪些信号 ,这些就不讲了,有兴趣的可以上网查)

        第二个参数 是表示信号处理的函数 指针 ,返回值为void* 参数为int ,如上 ,另外 系统也定义了一些宏 

                           (SIG_IGN,和 SIG_DFL) 第一个表示忽略这个信号 ,第二个表示 使用默认的信号处理函数 如果我们处理的       是SIGSEGV信号 ,那么它就会产生core文件 等等操作  

        返回值是一个信号处理函数的指针 ,如果发生错误 返回 SIG_ERR 这个宏 ,事实上 也是定义的一个函数 产生错误的原因 主要是因为给定的信号不正确 

另外这个使用函数 有两点要注意 

   1. 进入到信号处理函数之后 这个信号会被 阻塞(block) 直到信号处理函数 返回 这点非常重要 ,后面会讲到。

   2. 信号函数处理完之后,会将该信号恢复为默认处理状态 ,即重新与产生core文件...函数绑定,所以在下一次用到的时候要重新调用signal这个函数绑定

       自定义的信号处理函数

那么我们就可以开始尝试使用它了

 

#include <signal.h>
#include <setjmp.h>
#include <stdarg.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
//信号处理函数
void recvSignal(int sig)
{
	printf("received signal %d !!!\n",sig);
}
int main(int argc,char** argv)
{
  //给信号注册一个处理函数 
  signal(SIGSEGV, recvSignal);
  int* s = 0;
  (*s) = 1;
 //以上两句用来产生 一个 传说中的段错误
  while(1)
  {
    sleep(1);
    printf("sleep 1 \n");
  }
  return 0;
}



 

编译运行  一直打印收到信号 11 (SIGSEGV),为什么呢 ,

上面代码给SIGSEGV 这个信号注册了一个处理函数 ,替代了系统默认的产生core文件的处理函数 ,当错误发生后 ,系统 发送 SIGSEGV ,然后 中断了程序 跳到 recvSignal 处理函数中去 ,处理完成后 ,再跳回来错误发生的地方 ,然后继续产生错误 ,继续发送 SIGSEGV  信号 ... 

使用 setjmp 和longjmp 尝试跳过错误堆栈   

#include <setjmp.h>

 int setjmp(jmp_buf env);   void longjmp(jmp_buf env, int val);

系统跳转函数 ,可以直接在函数之间跳转 (比goto 强大多了) 

int setjmp(jmp_buf env);  这个函数 将上下文 ,就是cpu和内存的信息保存到env中 (不用去理解 jmp_buf,就当我们平时用的buff好了),然后调用 void longjmp(jmp_buf env, int val); 的时候 跳转到使用env中的信息 ,恢复上下文 。如果是第一回调用setjmp 它会返回 0,如果是在 从longjmp 跳转过来的 ,那就返回 longjmp的参数 val,根据setjmp的返回值 我们就可以决定执行可能发生错误的代码还是直接跳过这段代码 。知道了原理之后 我们可能就会这样写 


  1. #include <signal.h>

  2. #include <setjmp.h>

  3. #include <stdarg.h>

  4. #include <stdlib.h>

  5. #include <stdio.h>

  6. jmp_buf env;

  7. //信号处理函数

  8. void recvSignal(int sig)

  9. {

  10. printf("received signal %d !!!\n",sig);

  11. longjmp(env,1);

  12. }

  13. int main(int argc,char** argv)

  14. {

  15. //保存一下上下文

  16. int r = setjmp(env);

  17. if( r == 0)

  18. {

  19. //初次执行 ,那么可以执行 可能会发生错误的代码

  20. //给信号注册一个处理函数

  21. signal(SIGSEGV, recvSignal);

  22. printf("excute this code!!");

  23. int* s = 0;

  24. (*s) = 1;

  25. }

  26. else

  27. {

  28. //是由longjmp 跳转回来的

  29. printf("jump this code !!");

  30. }

  31. while(1)

  32. {

  33. sleep(1);

  34. printf("sleep 1 \n");

  35. }

  36. return 0;

  37. }


 

编译 ,执行  产生 SIGSEGV 信号 ,然后在信号函数 里边跳转 到  int r = setjmp(env); 这一行 ,之后 直接略过了 可能发生错误的这段代码 ,跳转生效,可是这种方式还有一个bug,我们看看下面的代码 


  1. #include <signal.h>

  2. #include <setjmp.h>

  3. #include <stdarg.h>

  4. #include <stdlib.h>

  5. #include <stdio.h>

  6. jmp_buf env;

  7. //信号处理函数

  8. void recvSignal(int sig)

  9. {

  10. printf("received signal %d !!!\n",sig);

  11. longjmp(env,1);

  12. }

  13. int main(int argc,char** argv)

  14. {

  15. for(int i = 0; i < 2; i++)

  16. {

  17. //保存一下上下文

  18. int r = setjmp(env);

  19. if( r == 0)

  20. {

  21. //初次执行 ,那么可以执行 可能会发生错误的代码

  22. //给信号注册一个处理函数

  23. signal(SIGSEGV, recvSignal);

  24. printf("excute this code!!");

  25. int* s = 0;

  26. (*s) = 1;

  27. }

  28. else

  29. {

  30. //是由longjmp 跳转回来的

  31. printf("jump this code !!");

  32. }

  33. sleep(5);

  34. }

  35. while(1)

  36. {

  37. sleep(1);

  38. printf("sleep 1 \n");

  39. }

  40. return 0;

  41. }


 

当for循环第二次执行的时候 ,程序依然产生了 SIGSEGV,系统仍然调用了默认的处理函数产生了core文件 ,分析下原因 上面我们说过“进入到信号处理函数之后 这个信号会被 阻塞(block) 直到信号处理函数返回”,在进入到信号处理函数之后 ,这个时候 系统阻塞了 SIGSEGV 这个信号 ,当跳回到 int r = setjmp(env); 这行代码的时候  SIGSEGV 信号依然是阻塞的 ,那以后 再给他绑定信号处理函数 自然没有作用 。

好在系统给我们提供了int sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savesigs);和  void siglongjmp(sigjmp_buf env, int val);这两个函数 ,这两个函数 和上面的 int setjmp(jmp_buf env);   void longjmp(jmp_buf env, int val); 大同小异 ,唯一的不同 是sigsetjmp 函数 多了 一个参数 ,savesigs,查看这函数的说明可以知道 ,当 savesigs 不为 0时,会保存当前的信号屏蔽表 (signal mask),然后在使用siglongjmp 跳转的时候 会恢复 线程的 屏蔽表。

于是我们把上面的代码修改 后如下:


  1. #include <signal.h>

  2. #include <setjmp.h>

  3. #include <stdarg.h>

  4. #include <stdlib.h>

  5. #include <stdio.h>

  6. // jmp_buf env;

  7. //信号处理函数

  8. void recvSignal(int sig)

  9. {

  10. printf("received signal %d !!!\n",sig);

  11. siglongjmp(env,1);

  12. }

  13. int main(int argc,char** argv)

  14. {

  15. for(int i = 0; i < 2; i++)

  16. {

  17. //保存一下上下文

  18. int r = sigsetjmp(env,1);

  19. if( r == 0)

  20. {

  21. //初次执行 ,那么可以执行 可能会发生错误的代码

  22. //给信号注册一个处理函数

  23. signal(SIGSEGV, recvSignal);

  24. printf("excute this code!!");

  25. int* s = 0;

  26. (*s) = 1;

  27. }

  28. else

  29. {

  30. //是由longjmp 跳转回来的

  31. printf("jump this code !!");

  32. }

  33. sleep(5);

  34. }

  35. while(1)

  36. {

  37. sleep(1);

  38. printf("sleep 1 \n");

  39. }

  40. return 0;

  41. }


 

编译后 运行 。按照我们的需求 第二次进入for循环时, 发生段错误后程序不会死掉 ,而是会跳过这段代码了继续往下走 。下面我做了一个简单的封装 ,在错误发生时,我打印出了 错误信息 ,然后跳过错误的代码 


  1. /*

  2. ** file name CException.h

  3. */

  4. #ifndef _CEXCEPTION_H_

  5. #define _CEXCEPTION_H_

  6. #include <setjmp.h>

  7. #include <stdlib.h>

  8. #include <stdarg.h>

  9. #include <execinfo.h>

  10. #include <stdio.h>

  11. #include <signal.h>

  12. #include <iostream>

  13. #include <string.h>

  14. typedef struct Except_frame

  15. {

  16. jmp_buf env;

  17. int flag;

  18. void clear()

  19. {

  20. flag = 0;

  21. bzero(env,sizeof(env));

  22. }

  23. bool isDef()

  24. {

  25. return flag;

  26. }

  27. Except_frame()

  28. {

  29. clear();

  30. }

  31. }Except_frame;

  32. extern Except_frame* except_stack;

  33. extern void errorDump();

  34. extern void recvSignal(int sig);

  35. Except_frame* except_stack = new Except_frame;

  36. void errorDump()

  37. {

  38. const int maxLevel = 200;

  39. void* buffer[maxLevel];

  40. int level = backtrace(buffer, maxLevel);

  41. const int SIZE_T = 1024;

  42. char cmd[SIZE_T] = "addr2line -C -f -e ";

  43. char* prog = cmd + strlen(cmd);

  44. readlink("/proc/self/exe", prog, sizeof(cmd) - (prog-cmd)-1);

  45. FILE* fp = popen(cmd, "w");

  46. if (!fp)

  47. {

  48. perror("popen");

  49. return;

  50. }

  51. for (int i = 0; i < level; ++i)

  52. {

  53. fprintf(fp, "%p\n", buffer[i]);

  54. }

  55. fclose(fp);

  56. }

  57. void recvSignal(int sig)

  58. {

  59. printf("received signal %d !!!\n",sig);

  60. errorDump();

  61. siglongjmp(except_stack->env,1);

  62. }

  63. #define TRY \

  64. except_stack->flag = sigsetjmp(except_stack->env,1);\

  65. if(!except_stack->isDef()) \

  66. { \

  67. signal(SIGSEGV,recvSignal); \

  68. printf("start use TRY\n");

  69. #define END_TRY \

  70. }\

  71. else\

  72. {\

  73. except_stack->clear();\

  74. }\

  75. printf("stop use TRY\n");

  76. #define RETURN_NULL \

  77. } \

  78. else \

  79. { \

  80. except_stack->clear();\

  81. }\

  82. return NULL;

  83. #define RETURN_PARAM { \

  84. except_stack->clear();\

  85. }\

  86. return x;

  87. #define EXIT_ZERO \

  88. }\

  89. else \

  90. { \

  91. except_stack->clear();\

  92. }\

  93. exit(0);

  94. #endif



另外建一个文件 ,


  1. #include "CException.h"

  2. int main(int argc,char** argv)

  3. {

  4. //可以如下使用

  5. TRY

  6. int*s = 0;

  7. (int*s) = 1;

  8. END_TRY

  9. //使用这两个宏包含可能发生的错误代码 ,当然可以根据需求 使用

  10. //RETURN_NULL

  11. //RETURN_PARAM(0)

  12. //EXIT_ZERO 这三个宏

  13. return 0;

  14. }



这个时候我们就能使用TRY 和 END_TRY,RETURM_NULL,RETURN_PARAM(param) 来实现程序发生段错误后跳过错误代码继续运行了 ,不过此代码仅限于单线程使用

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