如何在 C 语言中手动迭代堆栈帧？

Question

在应用程序中处理信号时，我可以在调试器中正确地看到回溯信息。但是，回溯系统调用未能正确显示堆栈帧。gdb 存储堆栈帧的方式与回溯系统调用转储它们的方式是否有区别？

- karan

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我正在加载一个共享对象，它会覆盖/安装自己的信号处理程序，并从中链接我的信号处理器。这个共享对象是专有的，我无法访问其代码。当没有加载共享对象时，backtrace()函数返回了正确的14个帧数量。但是当共享对象的信号处理程序被调用时，它会干净地删除信号处理程序下面的8个帧。我只是尝试找出打印正确信息的方法。 - karan

很可能这个专有的共享对象是使用优化编译的，而且没有帧指针。所以你很不幸，因为你无法对此做任何事情（除了避免使用专有软件，只使用自由软件）。 - Basile Starynkevitch

请编辑您的问题以改进它。同时，请解释为什么要对堆栈帧进行迭代... - Basile Starynkevitch

Answer 1

您无法在C99或C11中便携地迭代堆栈帧。

首先，因为C标准中没有任何调用堆栈的保证。(可以想象一些C编译器进行整个程序分析并避免使用堆栈，例如如果递归不可能发生;我不知道有这样的C编译器)。请参见这个C FAQ问题以获取奇怪的C实现。

因为编译器有时可能会执行一些优化，例如内联某些调用（甚至是未标记inline的函数，特别是在使用-flto传递给gcc以请求链接时优化时），或者有时会发出尾调用（而GCC两者都可以执行）。您可以禁用优化，但这样会损失很多性能。优化编译器将仅将某些变量放入寄存器中，并重复使用某些堆栈槽来存储多个变量。

最后，在某些体系结构上（例如32位x86），一些代码（特别是一些库代码，例如libc内部）可能会使用-fomit-frame-pointer编译，那么没有它就无法获取帧信息。

你可以在GCC中使用Ian Taylor的libbacktrace，也可以使用GNU glibc中的backtrace(3)函数；当使用GCC编译时，还可以使用可用的return address builtins。但是所有这些工具可能无法在优化代码上工作。

实际上，如果你真的需要一些回溯信息，要么自己实现（我在我的过时的MELT系统中这样做了，它的C++代码是通过将本地变量打包到某个本地struct中生成的），要么避免过度优化，例如只使用gcc -g -O1进行编译。

请注意，backtrace不是一个系统调用（列在syscalls(2)中），而是一个glibc特定的库函数。

请非常仔细地阅读signal(7)和sigreturn(2)。有很少量的（异步信号安全）函数可以可靠地从信号处理程序中调用（直接或间接），backtrace（或printf）不在其中。实际上，一个便携式的信号处理程序通常只需要设置一些volatile sigatomic_t标志，您应该在其他地方测试-或调用siglongjmp(3)。

- Basile Starynkevitch

Answer 2

调试器使用由gcc编译器在使用-g选项时放入二进制文件中的一组额外数据。这些数据不被回溯调用所使用，只有基本的链接器信息被使用。这意味着例如任何静态数据都无法通过回溯查看，但可以通过gdb查看，这也导致各种优化破坏了回溯，而gdb通过明确的知识来解决这个问题。

请记住，gdb是特定于某种语言和编译器的，而回溯则更具可移植性。

请参阅backtrace的man页面http://linux.die.net/man/3/backtrace：

省略帧指针（如gcc（1）的任何非零优化级别所暗示的那样）可能会导致这些假设被违反。

如果回溯调用想要使用此信息，则必须强制您始终使用调试符号进行编译，并且会有更大的开销和许多其他问题。

- Vality

Answer 3

可能的问题是，在执行回溯时，您的堆栈可能已经被严重破坏。

只需在函数中获取本地变量的地址。计算堆栈大小。将其从本地变量地址中添加并打印这些内容，位于加法和位置变量地址之间。

您就可以打印出堆栈啦 :)

- Santhosh Kumar