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摘 要：Linux中的段错误是编程中经常遇到的问题,往往导致程序崩溃.本文对段错误产生的原因,结合程序运行的过程,对段错误进行量化分析.

关 键 词 ：段错误；量化分析；程序调试

中图分类号：TP316.81

在Linux系统上做过程序开发的人一定都遇到过“段错误”（Segmentation fault）,随之程序异常退出.初学编程的人往往对此束手无策,不知道发生了什么事情,应该如何进行调试.其实Linux下的段错误和Windows平台上臭名昭著的“该程序执行了非法操作,即将被关闭”错误本质上是相同的,绝大部分都是对内存的非法访问而导致的.

很多新手程序员对于段错误往往无从下手,或是只能通过原始的方式,例如在程序中添加许多的printf语句来跟踪程序的执行.这样往往效率低下,因此掌握一些调试技巧对于提高调试效率而言是十分重要的,使用正确的调试工具和方法往往能够事半功倍,帮助准确定位程序出错的地方,从而找到引发该错误的根本原因（root cause）.

1.段错误产生的原因

在Linux下程序崩溃基本上都是由于内存非法访问造成的,当内存非法访问发生时,CPU会产生一个软中断信号,如SIGSEGV,而该软中断信号的默认处理就是程序退出并产生一个core dump文件,该文件保存了程序崩溃时的现场,包括CPU寄存器的值,内存栈和堆里的数据.这些数据加上程序的二进制文件（即编译后的可执行文件）和程序源代码就是我们进行分析的基础.

2.程序的运行过程

在调试程序之前我们需要了解一下我们的程序是怎么执行的.我们写的C源码经过编译链接后生成机器代码,也就是汇编指令组成的可执行文件,在Linux中是ELF（Executable and Linkable Format）格式的可执行文件.汇编指令对内存和寄存器进行操作.而在X86所有的寄存器中,EAX,EBP,ESP,EIP是几个最重要的寄存器.

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EAX：通用寄存器,并用于保存函数返回值.被调函数返回时将返回值放入EAX,调用者从EAX中获取返回值.

ESP：栈顶寄存器,指向工作栈的栈顶.每当进入一个函数时,会通过修改ESP在栈中开辟一块空间供本函数使用.当退出一个函数时,ESP会恢复原值.

EBP：栈底寄存器,指向当前函数的栈底.每当进入一个函数时,该函数会将原来的（即调用它的函数的）EBP保存在栈中,然后将原来的ESP作为新的EBP,即EBP指向当前函数的栈底.

EIP：当前正在执行的汇编指令的地址.

函数的进入和退出都对应着对程序工作栈的修改,需要特别注意的是在X86中,栈是往低地址方向增长.所以进入一个函数分配栈空间是对ESP进行减操作（sub）,而退出一个函数时是进行加（add）操作.每个函数在栈上都有自己一块空间,称为该函数的栈帧（stack frame）.如果函数f1（）调用了f2（）,目前正在执行函数f2（）中的代码,那么工作栈将会有如图1的布局：

图1

表中的内存位置的写法是x86的基址寻址的表达方式（采用GDB使用的AT&T格式）,例如-4（%esp）代表的是地址为ESP寄存器的值减去4的内存单元的值.

3.实例分析

我们来看一个经过简化的例子.我们有一个程序执行时出现崩溃,产生了core dump