非法指令(Illegal Instruction)问题定位

最新推荐文章于 2024-11-19 10:55:08 发布

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#rust #操作系统 #c/c++

本文探讨了非法指令(SIGILL)问题的原因，包括错误修改代码段、指令集演进、工具链Bug和内存访问问题。提供了错误排查指南，强调了非法指令处理、内核及用户空间的问题分析和定位方法，例如通过hexdump对比进程内存和代码段。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

关键词：Illegal Instruction、SIGILL等。

进程在运行过程中会收到SIGILL信号，此类错误是由操作系统发送给进程的。

SIGILL是某个进程中的某一句不能被CPU识别指令，这些指令可能是一些形式错误、未知或者特权指令。

1. SIGILL原因

1.1 错误修改代码段

进程代码段中数据是作为指令运行的，如果不小心代码段被错误覆盖，那么CPU可能无法识别对应的代码，进而造成Illegal Instruction。

同样，如果栈被不小心覆盖了，造成返回地址错误、CPU跳转到错误地址，执行没有意义的内存数据，进而造成Illegal Instruction。

进一步可以认为，任何导致代码段错误的问题都可能带来Illegal Instruction。

1.2 指令集演进

CPU的指令集在不停演进，如果将较新指令集版本的程序在老版本CPU上运行，则老版本CPU运行时会有Illegal Instruction问题。

1.3 工具链Bug

编译器(汇编器或者连接器)自身的bug，有可能生成CPU无法识别的指令。

1.4 内存访问对齐或浮点格式问题

出现错误的指令可能和访存地址指令有关。另外，浮点数的格式是否符合IEEE的标准也可能会有影响。

2. 错误排查指南

程序中有没有特权指令、或者访问特权寄存器
有没有将在较新CPU上编译得到的可执行文件拿到老CPU上运行------------这种问题是100%复现，只需要查看对应汇编程序即可知道大概。
程序中有没有嵌入式汇编，先检查。-------------------------------------------------编译器bug。
- 一般编译器很少会生成有这种问题的代码
- X86平台上要尤其注意64位汇编指令和32位汇编指令的混用问题
程序有在进程代码段空间写数据的机会吗？----------------------------------------下面的分析就是代码段被非法修改。还可能是意见存在问题，DDR中数据正确，从DDR读取的数据经过总线产生数据突变异常。
栈操作够安全吗？--------------------------------------------------------------------------如果异常PC指向栈，那么即是栈被非法修改。
注意程序的ABI是否正确------------------------------------------------------------------100%复现问题，只需要检查ABI说明书即可。
- 尤其是动态链和静态链是否处理的正确，尽量避免动态链的可执行文件调用错误库的问题（ARM的EABI，MIPS的N32/O32/N64都很可能出这种问题）
用的工具链靠谱吗？

3. Illegal Instruction处理

CK异常向量VEC_ILLEGAL对应非法指令错误，出现问题的时候内核输出“Illegal instruction Error”，然后输出寄存去、相关代码段、栈等信息；最后发送SIGILL信号给进程。

asmlinkage void trap_c(struct pt_regs *regs)
{
    int sig;
    unsigned long vector;
    siginfo_t info;

    vector = (mfcr("psr") >> 16) & 0xff;

    switch (vector) {
...
        case VEC_ILLEGAL:
#ifndef CONFIG_CPU_NO_USER_BKPT
        if (*(uint16_t *)instruction_pointer(regs) != 0x1464)
#endif
        {
            sig = SIGILL;
            pr_err("Illegal instruction Error\n");
            show_regs(regs);
            break;
        }
...
    }
    send_sig(sig, current, 0);---------------------------------------------发送SIGILL给当前进程。
}

void show_regs(struct pt_regs *fp)
{
    unsigned long   *sp;
    unsigned char   *tp;
    int    i;

    pr_info("\nCURRENT PROCESS:\n\n");
    pr_info("COMM=%s PID=%d\n", current->comm, current->pid);

    if (current->mm) {
        pr_info("TEXT=%08x-%08x DATA=%08x-%08x BSS=%08x-%08x\n",
               (int) current->mm->start_code,
               (int) current->mm->end_code,
               (int) current->mm->start_data,
               (int) current->mm->end_data,
               (int) current->mm->end_data,
               (int) current->mm->brk);
        pr_info("USER-STACK=%08x  KERNEL-STACK=%08x\n\n",
               (int) current->mm->start_stack,
               (int) (((unsigned long) current) + 2 * PAGE_SIZE));
    }

    pr_info("PC: 0x%08lx (%pS)\n", (long)fp->pc, (void *)fp->pc);
    pr_info("LR: 0x%08lx (%pS)\n", (long)fp->lr, (void *)fp->