Linux调用栈获取分析及实现

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,

<pre name="code" class="cpp"> 如下面程序:    int B(int c, int d)   {   return c+d;   }      int A(int a, int b)   {   int c = 0xff, d = 0xffff;   return B(c, d);   }      通过objdump -d 命令可以查看反汇编指令   反汇编出来后如下:   00000079 <B>:    79:   55                      push   %ebp    7a:   89 e5                   mov    %esp,%ebp    7c:   8b 45 0c                mov    0xc(%ebp),%eax    7f:   03 45 08                add    0x8(%ebp),%eax    82:   5d                      pop    %ebp    83:   c3                      ret      0000084 <A>:    84:   55                      push   %ebp    85:   89 e5                   mov    %esp,%ebp    87:   83 ec 18                sub    $0x18,%esp    8a:   c7 45 fc ff 00 00 00    movl   $0xff,-0x4(%ebp)    91:   c7 45 f8 ff ff 00 00    movl   $0xffff,-0x8(%ebp)    98:   8b 45 f8                mov    -0x8(%ebp),%eax    9b:   89 44 24 04             mov    %eax,0x4(%esp)    9f:   8b 45 fc                mov    -0x4(%ebp),%eax    a2:   89 04 24                mov    %eax,(%esp)    a5:   e8 fc ff ff ff          call   a6 <A+0x22>    aa:   c9                      leave    ab:   c3                      ret      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,   地址:  |---------|        |   ebp   |<--|  push   %ebp  -------------A-----------------        |---------|   |        |   c     |   |  movl   $0xff,-0x4(%ebp)   ;A函数局部变量 c        |---------|   |        |   d     |   |  movl   $0xffff,-0x8(%ebp) ;A函数局部变量 d        |---------|   |        |         |   |        |---------|   |        |         |   |        |---------|   |    c+%ebp |   d     |   |  mov    %eax,0x4(%esp)    ;A调用B函数时,准备好参数d        |---------|   |    8+%ebp |   c     |   |  mov    %eax,(%esp)       ;A调用B函数时,准备好参数c        |---------|   |<----%esp      -------------A----------------    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。        |---------|   |    %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。        |---------|   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

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