本文介绍了在Linux环境下如何通过分析函数调用栈来定位程序错误。详细解释了调用栈的布局原理及如何利用gdb工具和自定义方法获取调用栈信息。
写一下关于函数调用栈的一些相关知识，对于在Linux下面进行c/c++开发，在问题定位时 查看调用栈信息是一个非常常用的定位方法，因为根据调用关系，可以知道程序的执行流程是什么样子。如果 不能查看调用栈，光知道程序在某个函数出错，还是比较难定位，假如这个函数在很多地方被调用，就很难知道是由于什么场景导致错误发生的。所以通过查看调用栈，就可以知道调用关系，当然就知道是什么场景导致问题发生。
在gdb里面常用的命令式：bt 或全称“backtrace”就可以打印出当前函数执行的调用栈。如下面程序
(gdb) bt
#0 0x080486da in func_3 ()
#1 0x08048766 in func_int ()
#2 0x080487ae in func_str ()
#3 0x080487ff in main ()
前面数字式层次关系，#0表示最上面，即当前函数。除了第0层前面的地址表示是当前pc值，其他地址信息都表示函数调用的返回地址，例如上面:func_int() -->func_3() ，func_3执行完成后，接着会执行0x08048766地址的指令。
上面简单介绍了一下Linux下面通过调用栈来定位问题，但调用栈的获取原理，以及如何获取，估计还是有些人会不知道的。之所以要介绍这个，因为对于一些大型系统，完善的日志功能是必不可少的，否则系统出了问题，没有相关日志，是非常痛苦的。尤其是在某些环境下，如电信领域，大多数是服务器或应用程序都是跑在单板上，出现问题了，不会像我们调试小程序那样直接用gdb进行调试。虽然某些情况下可以使用gdb attach上出问题的进程，但大多数服务器单板没有相关调试工具。所以要定位问题，基本上都是通过分析日志。还有一种情况，就是那种随机性问题，如果没有日志，那就更加痛苦了，就算你能够使用gdb也无能为力。所以日子功能是非常重要的。所以log非常重要，但是log中通常需要记录哪些信息呢？通常情况会保护函数调用出错时，把传入该函数的参数信息，或者一些关键全局变量信息，有些时候会记录日期，对于服务器程序，日期一般都会记录。另外还有一个也相对重要的就是调用栈信息。
所以下面来介绍一下获取调用栈的原理和方法：
在Linux+x86环境，c语言函数调用时，下面介绍一下c函数是怎么压栈的：栈是从高地址向下低地址移动。通常一个函数中会有参数，局部变量等相关信息，这些信息是通过下面原则分配栈的：
1、栈的信息排布为：先是局部变量存放，调用函数返回值存放，然后是调用其它函数参数函数，
1.<pre name="code" class="cpp"> 如下面程序：
2. int B(int c, int d) 3.{
4.return c+d; 5.}
6.
7.int A(int a, int b) 8.{
9.int c = 0xff, d = 0xffff; 10.return B(c, d); 11.}
12.
13.通过objdump -d 命令可以查看反汇编指令
14.反汇编出来后如下：
15.00000079 <B>:
16. 79: 55 push %ebp
17. 7a: 89 e5 mov %esp,%ebp
18. 7c: 8b 45 0c mov 0xc(%ebp),%eax
19. 7f: 03 45 08 add 0x8(%ebp),%eax
20. 82: 5d pop %ebp
21. 83: c3 ret
22.
23.0000084 <A>:
24. 84: 55 push %ebp
25. 85: 89 e5 mov %esp,%ebp
26. 87: 83 ec 18 sub $0x18,%esp
27. 8a: c7 45 fc ff 00 00 00 movl $0xff,-0x4(%ebp)
28. 91: c7 45 f8 ff ff 00 00 movl $0xffff,-0x8(%ebp)
29. 98: 8b 45 f8 mov -0x8(%ebp),%eax
30. 9b: 89 44 24 04 mov %eax,0x4(%esp)
31. 9f: 8b 45 fc mov -0x4(%ebp),%eax
32. a2: 89 04 24 mov %eax,(%esp)
33. a5: e8 fc ff ff ff call a6 <A+0x22>
34. aa: c9 leave
35. ab: c3 ret
36.
37.从上面反汇编可以看出，在A调用B时，A的调用栈布局信息如下，
38.地址: |---------|
39. | ebp |<--| push %ebp -------------A-----------------
40. |---------| |
41. | c | | movl $0xff,-0x4(%ebp) ;A函数局部变量 c
42. |---------| |
43. | d | | movl $0xffff,-0x8(%ebp) ;A函数局部变量 d
44. |---------| |
45. | | |
46. |---------| |
47. | | |
48. |---------| |
49. c+%ebp | d | | mov %eax,0x4(%esp) ;A调用B函数时，准备好参数d
50. |---------| |
51. 8+%ebp | c | | mov %eax,(%esp) ;A调用B函数时，准备好参数c
52. |---------| |<----%esp -------------A----------------
53. 4+%ebp | retaddr | | A 调用B的返回地址，在执行call指令时，指令自动把call指令下一条压入这个地方。
54. |---------| |
55. %ebp-> | ebp |--- 对应于执行B函数 :push %ebp时，把在A函数运行时的ebp保存到该位置中。
56. |---------|
57.低地址:
后面B在执行mov 0xc(%ebp),%eax时，
简单用语言描述一下函数调用过程，就那上A调用B来说，首先A函数准备好参数，即把局部变量c，d放到栈上，然后执行call B(call a6 <A+0x22>)指令，call指令执行时默认会把当前指令的下一条指令压入栈中，然后执行B函数第一条指令即（push %ebp)，所以当执行到B函数push %ebp时，栈的信息就是上面那种样子了。
知道一般程序是怎么压栈的，并且A函数调用B函数会把A函数中调用B函数的那条call指令的下一条指令压栈栈中，通常情况一个函数第一条指令都是push %ebp, 功能是保存调用函数栈帧，第2条指令时mov %esp , %ebp，即把esp赋值给ebp，即初始化当前函数栈帧。
在执行过程中，函数调用首先指向call执行，然后执行被调用者第一条指令(push %ebp)，c语言函数调用通常都是这样情况的，而call指令又一个隐藏动作就是把下一指令（返回地址）压栈。所以在栈里面排布就是
1. ---------
2.| ret_addr|
3.|---------|
4.| ebp |
5.|---------|
6.
7.我们再看一下第二条指令，mov %esp , %ebp ， 初始化当前函数栈帧。最终结果如下
8. ---------
9.| ret_addr| |
10.|---------| |
11.| ebp |---/
12.|---------|<--|
13.| ... | |
14.|---------| |
15.| ret_addr| |
16.|---------| |
17.| ebp |---/
18.|---------|<--|
19.| ... | |
20.|---------| |
21.| ret_addr| |
22.|---------| |
23.| ebp |---/
24.|---------|---|
所以我们只要知道当前%epb的值，就可以通过上面那种图示方法进行调用栈分析了。有人会问为什么libc有函数实现了，自己就没有必要了，但libc只提供获取当前线程的调用栈信息，有些时候需要获取其他线程的调用栈信息，这个时候就需要自己分析实现了，总体思路一样，只需要获取到其它线程的%ebp信息即可，但通常情况在用户态是不能够获取%ebp寄存器的，可以借助内存模块来实现。
下面写的一个小程序，一种方法使用libc库里面backtrace函数实现，还有一种就是自己通过分析调用栈信息来实现。
1.#include <stdio.h>
2.#include <string.h> 3.#include <execinfo.h> 4.
5./* 获取ebp寄存器值 */ 6.void get_ebp(unsigned long *ebp) 7.{
8. __asm__ __volatile__("mov %%ebp, %0 \r\n" 9. :"=m"(*ebp) 10. ::"memory"); 11.
12.}
13.
14.int my_backtrace(void **stack, int size, unsigned long ebp) 15.{
16. int layer = 0; 17. while(layer < size && ebp != 0 && *(unsigned long*)ebp != 0 && *(unsigned long *)ebp != ebp) 18. {
19. stack[layer++] = *(unsigned long *)(ebp+4); 20. ebp = *(unsigned long*)ebp; 21. }
22.
23. return layer; 24.}
25.
26.int func_3(int a, int b, int c) 27.{
28. void *stack_addr[10]; 29. int layer; 30. int i; 31. char **ppstack_funcs; 32.
33. /* 通过调用libc函数实现 */ 34. layer = backtrace(stack_addr, 10);
35. ppstack_funcs = backtrace_symbols(stack_addr, layer);
36. for(i = 0; i < layer; i++) 37. printf("\n%s:%p\n", ppstack_funcs[i], stack_addr[i]); 38.
39. /* 自己实现 */ 40. unsigned long ebp = 0; 41. get_ebp(&ebp);
42. memset(stack_addr, 0, sizeof(stack_addr)); 43. layer = my_backtrace(stack_addr, 10, ebp);
44. for(i = 0; i < layer; i++) 45. printf("\nmy: %p\n", stack_addr[i]); 46.
47. free(ppstack_funcs);
48. return 3; 49.}
50.
51.int func_int(int a, int b, int c, int d) 52.{
53. int aa,bb,cc; 54. int ret= func_3(aa,bb,cc); 55. return (a+ b+ c+ d + ret); 56.}
57.
58.int func_str() 59.{
60. int a = 1, b = 2; 61. int ret; 62.
63. ret = func_int(a, a, b, b);
64.
65. return ret; 66.}
67.
68.int B(int c, int d) 69.{
70. return c+d; 71.}
72.
73.int A(int a, int b) 74.{
75. int c = 0xff, d = 0xffff; 76. return B(c, d); 77.}
78.
79.
80.int main(int argc, char *argv[]) 81.{
82. int ret = func_str(); 83. return 0; 84.}
1.程序编译加上-rdynaminc
1.否则获取调用栈只有地址，没有函数名信息。
1.运行结果：
1.<pre name="code" class="cpp">./exe() [0x80484dd]:0x80484dd
2.
3../exe() [0x80485ea]:0x80485ea
4.
5../exe() [0x8048632]:0x8048632
6.
7../exe() [0x8048683]:0x8048683
8.
9./lib/tls/i686/cmov/libc.so.6(__libc_start_main+0xe6) [0xb7dd5bd6]:0xb7dd5bd6
10.
11../exe() [0x8048401]:0x8048401
12.
13.my: 0x804858a
14.
15.my: 0x80485ea
16.
17.my: 0x8048632
18.
19.my: 0x8048683
20.
21.my: 0xb7dd5bd6
本篇文章来源于 Linux公社网站(www.linuxidc.com) 原文链接：http://www.linuxidc.com/Linux/2011-08/41641.htm
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