backtrace函数的使用

朱修真
2023-12-01

backtrace()是glibc(>=2.1)提供的函数,用于跟踪函数的调用关系。

以下对backtrace()函数的说明以及实例,都来自其man page。


函数定义
       #include <execinfo.h>

       int backtrace(void **buffer, int size);

       char **backtrace_symbols(void *const *buffer, int size);

       void backtrace_symbols_fd(void *const *buffer, int size, int fd);

函数说明

backtrace()函数用来获取程序中当前函数的回溯信息,即一系列的函数调用关系,获取到的信息被放在参数buffer中。buffer是一个数组指针,数组的每个元素保存着每一级被调用函数的返回地址。参数size指定了buffer中可存放的返回地址的数量。如果函数实际的回溯层级数大于size,则buffer中只能存放最近的函数调用关系,所以,想要得到完整的回溯信息,就要确保size参数足够大。
backtrace()函数的返回值为buffer中的条目数量,这个值不一定等于size,因为如果为得到完整回溯信息而将size设置的足够大,则该函数的返回值为buffer中实际得到的返回地址数量。
  
通过backtrace()函数得到buffer之后,backtrace_symbols()可以将其中的返回地址都对应到具体的函数名,参数size为buffer中的条目数。backtrace_symbols()函数可以将每一个返回值都翻译成“函数名+函数内偏移量+函数返回值”,这样就可以更直观的获得函数的调用关系。
经过翻译后的函数回溯信息放到backtrace_symbols()的返回值中,如果失败则返回NULL。需要注意,返回值本身是在backtrace_symbols()函数内部进行malloc的,所以必须在后续显式地free掉。
  
backtrace_symbols_fd()的buffer和size参数和backtrace_symbols()函数相同,只是它翻译后的函数回溯信息不是放到返回值中,而是一行一行的放到文件描述符fd对应的文件中。

注意,在编译的时候需要加上-rdynamic选项让链接器将所有符号添加到动态符号表中,这样才能将函数地址翻译成函数名。另外,这个选项不会处理static函数,所以,static函数的符号无法得到。

示例:

#include <execinfo.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

void
myfunc3(void)
{
   int j, nptrs;
#define SIZE 100
   void *buffer[100];
   char **strings;

   nptrs = backtrace(buffer, SIZE);
   printf("backtrace() returned %d addresses\n", nptrs);

   /* The call backtrace_symbols_fd(buffer, nptrs, STDOUT_FILENO)
	  would produce similar output to the following: */

   strings = backtrace_symbols(buffer, nptrs);
   if (strings == NULL) {
	   perror("backtrace_symbols");
	   exit(EXIT_FAILURE);
   }

   for (j = 0; j < nptrs; j++)
	   printf("%s\n", strings[j]);

   free(strings);
}

static void   /* "static" means don't export the symbol... */
myfunc2(void)
{
   myfunc3();
}

void
myfunc(int ncalls)
{
   if (ncalls > 1)
	   myfunc(ncalls - 1);
   else
	   myfunc2();
}

int
main(int argc, char *argv[])
{
   if (argc != 2) {
	   fprintf(stderr, "%s num-calls\n", argv[0]);
	   exit(EXIT_FAILURE);
   }

   myfunc(atoi(argv[1]));
   exit(EXIT_SUCCESS);
}

进行编译:

cc -rdynamic prog.c -o prog

代码运行结果为:

$ ./prog 3
           backtrace() returned 8 addresses
           ./prog(myfunc3+0x5c) [0x80487f0]
           ./prog [0x8048871]
           ./prog(myfunc+0x21) [0x8048894]
           ./prog(myfunc+0x1a) [0x804888d]
           ./prog(myfunc+0x1a) [0x804888d]
           ./prog(main+0x65) [0x80488fb]
           /lib/libc.so.6(__libc_start_main+0xdc) [0xb7e38f9c]
           ./prog [0x8048711]



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