理解SIGBUS與SIGSEGV

理解SIGBUS與SIGSEGV

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Q: SIGSEGV我能理解，但有時碰上SIGBUS，這該如何理解。

A: nkwht@smth

nkwht用Google擷取這樣一些知識。有多種可能導致SIGBUS訊號:

1) 硬體故障，不用說，程式員最常碰上的肯定不是這種情形。

2) Linux平台上執行malloc()，如果沒有足夠的RAM，Linux不是讓malloc()失敗返回，
   而是向當前進程分發SIGBUS訊號。

   注: 對該點執懷疑態度，有機會可自行測試確認當前系統反應。

3) 某些架構上訪問資料時有對齊的要求，比如只能從4位元組邊界上讀取一個4位元組的
   資料類型。IA-32架構沒有硬性要求對齊，儘管未對齊的訪問降低執行效率。另外
   一些架構，比如SPARC、m68k，要求對齊訪問，否則向當前進程分發SIGBUS訊號。

SIGBUS與SIGSEGV訊號一樣，可以正常捕獲。SIGBUS的預設行為是終止當前進程併產
生core dump。

A: Marc Rochkind 

SIGBUS與SIGSEGV訊號的一般區別如下:

1) SIGBUS(Bus error)意味著指標所對應的地址是有效地址，但匯流排不能正常使用該
   指標。通常是未對齊的資料訪問所致。

2) SIGSEGV(Segment fault)意味著指標所對應的地址是無效地址，沒有實體記憶體對
   應該地址。

A: scz  2002-11-20

參"2.4 如何編程擷取棧底地址"中如何捕獲SIGBUS與SIGSEGV訊號，並利用sigsetjmp、
siglongjmp重獲控制權。

測試表明，在x86/Linux、x86/Solaris、SPARC/Solaris平台上，越過棧底的地址訪
問導致SIGSEGV訊號。在x86/FreeBSD、x86/NetBSD、x86/OpenBSD平台上，越過棧底
的地址訪問導致SIGBUS訊號，而不是SIGSEGV訊號。

下面舉例解釋一下，什麼叫未對齊的資料訪問。

--------------------------------------------------------------------------
/*
 * Test: SPARC/Solaris 8 64-bit kernel mode
 * gcc -Wall -pipe -g -o bus bus.c
 */
#include 
#include 

int main ( int argc, char * argv[] )
{
    unsigned int        i = 0x12345678;
    unsigned short int *q = NULL;
    unsigned char      *p = ( unsigned char * )&i;

    *p = 0x00;
    q  = ( unsigned short int * )( p + 1 );
    *q = 0x0000;
    return( EXIT_SUCCESS );
}  /* end of main */
--------------------------------------------------------------------------

$ ./bus
匯流排錯誤 (core dumped)
$ gdb ./bus core
GNU gdb 5.0
#0  0x1084c in main (argc=1, argv=0xffbefc54) at bus.c:16
16          *q = 0x0000;
(gdb) disas main
Dump of assembler code for function main:
0x10810    :      save  %sp, -128, %sp
0x10814  :      st  %i0, [ %fp + 0x44 ]
0x10818  :      st  %i1, [ %fp + 0x48 ]
0x1081c :      sethi  %hi(0x12345400), %o1
0x10820 :      or  %o1, 0x278, %o0     ! 0x12345678
0x10824 :      st  %o0, [ %fp + -20 ]
0x10828 :      clr  [ %fp + -24 ]
0x1082c :      add  %fp, -20, %o0
0x10830 :      st  %o0, [ %fp + -28 ]
0x10834 :      ld  [ %fp + -28 ], %o0
0x10838 :      clrb  [ %o0 ]
0x1083c :      ld  [ %fp + -28 ], %o0
0x10840 :      add  %o0, 1, %o1
0x10844 :      st  %o1, [ %fp + -24 ]
0x10848 :      ld  [ %fp + -24 ], %o0
0x1084c :      clrh  [ %o0 ]
0x10850 :      clr  %i0
0x10854 :      b  0x1085c 
0x10858 :      nop 
0x1085c :      ret 
0x10860 :      restore 
End of assembler dump.
(gdb) i r pc
pc             0x1084c  67660
(gdb) i r o0
o0             0xffbefbdd       -4260899
(gdb) x/3bx 0xffbefbdd
0xffbefbdd:     0x34    0x56    0x78
(gdb)

從C語言來說，執行"*q = 0x0000;"時導致SIGBUS了。從彙編指令來說，執行"clrh [%o0]"
時導致SIGBUS了，寄存器%o0值為0xffbefbdd，這個地址未對齊在雙位元組邊界上。

注意，gcc編譯時間並未指定-O進行最佳化，但仍然使用clrh，而不是兩次clrb。類似
的彙編指令有ldw、lduh等等。有人可能碰上讀操作也導致SIGBUS，覺得不可理解，
其實讀寫導致SIGBUS沒有本質區別，比如ldw只能讀4位元組邊界上的地址。

bus.c是顯式的未對齊。程式員實際最容易面對的是隱式未對齊，主要來自指標的強
制類型轉換。下面舉例說明這種情形。

--------------------------------------------------------------------------
/*
 * Test: SPARC/Solaris 8 64-bit kernel mode
 * gcc -Wall -pipe -g -o other_bus other_bus.c
 */
#include 
#include 

int main ( int argc, char * argv[] )
{
    unsigned int        i = 0x12345678;
    unsigned short int  j = 0x0000;

    j = *( ( unsigned short int * )( ( ( unsigned char * )&i  ) + 1 ) );
    return( EXIT_SUCCESS );
}  /* end of main */
--------------------------------------------------------------------------

$ ./other_bus
匯流排錯誤 (core dumped)
$ gdb ./other_bus core
GNU gdb 5.0
#0  main (argc=1, argv=0xffbefc44) at other_bus.c:13
13          j = *( ( unsigned short int * )( ( ( unsigned char * )&i  ) + 1 ) );
(gdb) disas main
Dump of assembler code for function main:
0x10810    :      save  %sp, -120, %sp
0x10814  :      st  %i0, [ %fp + 0x44 ]
0x10818  :      st  %i1, [ %fp + 0x48 ]
0x1081c :      sethi  %hi(0x12345400), %o1
0x10820 :      or  %o1, 0x278, %o0     ! 0x12345678
0x10824 :      st  %o0, [ %fp + -20 ]
0x10828 :      clrh  [ %fp + -22 ]
0x1082c :      lduh  [ %fp + -19 ], %o0
0x10830 :      sth  %o0, [ %fp + -22 ]
0x10834 :      clr  %i0
0x10838 :      b  0x10840 
0x1083c :      nop 
0x10840 :      ret 
0x10844 :      restore 
End of assembler dump.
(gdb) i r pc 
pc             0x1082c  67628
(gdb)

因此在SPARC架構上編程，一定要留神強制類型轉換，務必清楚自己正在幹什麼，有
沒有隱患。

D: yuhuan@smth.org 2004-01-30 11:48

參Linux的mmap(2)手冊頁

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使用映射可能涉及到如下訊號

SIGSEGV

    試圖對唯讀映射地區進行寫操作

SIGBUS 

    試圖訪問一塊無檔案內容對應的記憶體地區，比如超過檔案尾的記憶體地區，或者以
    前有檔案內容對應，現在為另一進程截斷過的記憶體地區。
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