Linux中堆栈的示例分析

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用下面的程序作为例子：

void a() {     //stopped here } void b() {      a(); } void c() {      a(); } int main() {     b();     c(); }

如果调试器停在 //stopped here'  这行，那么有两种方法可以达到：main->b->a或main->c->a`。如果我们用 LLDB  设置一个断点，继续执行并请求一个回溯，那么我们将得到以下内容：

* frame #0: 0x00000000004004da a.out`a() + 4 at bt.cpp:3   frame #1: 0x00000000004004e6 a.out`b() + 9 at bt.cpp:6   frame #2: 0x00000000004004fe a.out`main + 9 at bt.cpp:14   frame #3: 0x00007ffff7a2e830 libc.so.6`__libc_start_main + 240 at libc-start.c:291   frame #4: 0x0000000000400409 a.out`_start + 41

这说明我们目前在函数 a 中，a 从函数 b 中跳转，b 从 main 中跳转等等。***两个帧是编译器如何引导 main 函数的。

现在的问题是我们如何在 x86_64 上实现。最稳健的方法是解析 ELF 文件的 .eh_frame  部分，并解决如何从那里展开堆栈，但这会很痛苦。你可以使用 libunwind  或类似的来做，但这很无聊。相反，我们假设编译器以某种方式设置了堆栈，我们将手动遍历它。为了做到这一点，我们首先需要了解堆栈的布局。

    High |   ...   | +---------+ |  Arg 1  | +---------+ |  Arg 2  | +---------+ | Return  | +---------+ |Saved EBP| +---------+ |  Var 1  | +---------+ |  Var 2  | +---------+ |   ...   |     Low

如你所见，***一个堆栈帧的帧指针存储在当前堆栈帧的开始处，创建一个链接的指针列表。堆栈依据这个链表解开。我们可以通过查找 DWARF  信息中的返回地址来找出列表中下一帧的函数。一些编译器将忽略跟踪 EBP 的帧基址，因为这可以表示为 ESP  的偏移量，并可以释放一个额外的寄存器。即使启用了优化，传递 -fno-omit-frame-pointer 到 GCC 或 Clang  会强制它遵循我们依赖的约定。

我们将在 print_backtrace 函数中完成所有的工作：

void debugger::print_backtrace() {

首先要决定的是使用什么格式打印出帧信息。我用了一个 lambda 来推出这个方法：

auto output_frame = [frame_number = 0] (auto&& func) mutable {     std::cout << "frame #" << frame_number++ << ": 0x" << dwarf::at_low_pc(func)               << ' ' << dwarf::at_name(func) << std::endl; };

打印输出的***帧是当前正在执行的帧。我们可以通过查找 DWARF 中的当前程序计数器来获取此帧的信息：

auto current_func = get_function_from_pc(get_pc());     output_frame(current_func);

接下来我们需要获取当前函数的帧指针和返回地址。帧指针存储在 rbp 寄存器中，返回地址是从帧指针堆栈起的 8 字节。

auto frame_pointer = get_register_value(m_pid, reg::rbp); auto return_address = read_memory(frame_pointer+8);

现在我们拥有了展开堆栈所需的所有信息。我只需要继续展开，直到调试器*** main，但是当帧指针为 0x0 时，你也可以选择停止，这些是你在调用 main  函数之前调用的函数。我们将从每帧抓取帧指针和返回地址，并打印出信息。

while (dwarf::at_name(current_func) != "main") {         current_func = get_function_from_pc(return_address);         output_frame(current_func);         frame_pointer = read_memory(frame_pointer);         return_address = read_memory(frame_pointer+8);     } }

就是这样!以下是整个函数：

void debugger::print_backtrace() {     auto output_frame = [frame_number = 0] (auto&& func) mutable {         std::cout << "frame #" << frame_number++ << ": 0x" << dwarf::at_low_pc(func)                   << ' ' << dwarf::at_name(func) << std::endl;     };     auto current_func = get_function_from_pc(get_pc());     output_frame(current_func);     auto frame_pointer = get_register_value(m_pid, reg::rbp);     auto return_address = read_memory(frame_pointer+8);     while (dwarf::at_name(current_func) != "main") {         current_func = get_function_from_pc(return_address);         output_frame(current_func);         frame_pointer = read_memory(frame_pointer);         return_address = read_memory(frame_pointer+8);     } }

添加命令

当然，我们必须向用户公开这个命令。

else if(is_prefix(command, "backtrace")) {     print_backtrace(); }

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