段错误总结

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Segmentation Fault in Linux
内容提要
本文简单介绍了 Segmentation fault 发生的原因， 结合实 际例子描述了内核向用户态程序发送 SIGSEGV 信号的流 程。 文中以实例回答了常见的一些 SIGSEGV 问 题 ，例如“为 什么函数返回了栈还可以访问？”、“为什么 free()后的内存 仍然 可以使用 ”、“为什 么我遇到的是 SIGSEGV 而不 是 SIGILL 信号”等。最后笔者结合自己的经验，列举了一些预 防 SIGSEGV 的编程习惯，供大家参考。SIGSEGV 严格依赖 操作系统、编译器、硬件平台，本文基于 Linux、GCC、32bit IA32 架构，但对其他平台操作系统也有借鉴意义。
我们引用 wiki 上的一段话来回答这个问题。
A segmentation fault (often shortened to SIGSEGV) is a particular error condition that can occur during the operation of computer software. A segmentation fault occurs when a program attempts to access a memory location that it is not allowed to access, or attempts to access a memory location in a way that is not allowed (for example, attempting to write to a read-only location, or to overwrite part of the operating system). Segmentation is one approach to memory management and protection in the operating system. It has been superseded by paging for most purposes, but much of the terminology of segmentation is still used, "segmentation fault" being an example. Some operating systems still have segmentation at some logical level although paging is used as the main memory management policy. On Unix-like operating systems, a process that accesses an invalid memory address receives the SIGSEGV signal. On Microsoft Windows, a process that accesses invalid memory receives the STATUS_ACCESS_VIOLATION exception.
Yes
Yes 内核页表 fix u p 写访问 Yes 6
No
Noபைடு நூலகம்
Yes Yes
页面存在 No Yes 内存区域是否 可 写 8 Yes No 7
访问来自用户 态 11 No
内存区域可读 或可执行 9
No No
地址来自一个 错误的系统调 用参数 12
Yes
Demanding Page 机 制 或/和 C opy On W rite
2.3 访问了不存在的内存
最常见的情况不外乎解引用空指针了，如： 1 #include <stdio.h> 8
Segmentation Fault in Linux 2 #include <stdlib.h> 3 4 int main () { 5 int *a = NULL; 6 7 *a = 1; 8} 在实际情况中，此例中的空指针可能指向用户态地址空间，但其所指向的页面实际不 存在。其产生 SIGSEGV 在图 2 中的流程为： 1 � 3 -� 4 -� 5 -� 11 -�10
2.2 访问了不属于进程地址空间的内存
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 4 int main() { 5 int* p = (int*)0xC0000fff; 6 7 *p = 10; 8} 在这个例子中，我们访问了一个属于内核的地址（IA32，32bit） 。当然，很少会有人这 样写程序， 但你的程序可能在不经意的情况下做出这样的行为 （这个不经意的行为在后面讨 论） 。此例在图 2 的流程： 1 -� 2 -� 11 -� 10
2.4 栈溢出了，有时 SIGSEGV，有时却啥都没发生
这也是 CU 常见的一个月经贴。大部分 C 语言教材都会告诉你，当从一个函数返回后， 该函数栈上的内容会被自动“释放”。“释放”给大多数初学者的印象是 free()，似乎这块内 存不存在了， 于是当他访问这块应该不存在的内存时， 发现一切都好， 便陷入了深深的疑惑 。 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 4 int* foo() { 5 int a = 10; 6 7 return &a; 8} 9 10 int main() { 11 int* b; 12 13 b = foo(); 14 printf ("%d\n", *b); 15 } 当你编译这个程序时，会看到“warning: function returns address of local variable”，GCC 已经在警告你栈溢的可能了。实际运行结果一切正常。原因是操作系统通常以“页”的粒度 来管理内存，Linux 中典型的页大小为 4K，内核为进程栈分配内存也是以 4K 为粒度的。故 当栈溢的幅度小于页的大小时，不会产生 SIGSEGV。那是否说栈溢出超过 4K，就会产生 SIGSEGV 呢？看下面这个例子： 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 9
Segmentation Fault in Linux
2.1 错误的访问类型引起的 SIGSEGV
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 4 int main() { 5 char* s = "hello world"; 6 7 s[1] = 'H'; 8} 这是最常见的一个例子。 想当年俺对 C 语言懵懂的时候， 也在校内的 BBS 上发帖问过 ， 当时还以为这是指针和数组的区别。此例中，”hello world”作为一个常量字符串，在编译后 会被放在.rodata 节（GCC） ，最后链接生成目标程序时 .rodata 节会被合并到 text segment 与 代码段放在一起，故其所处内存区域是只读的。这就是错误的访问类型引起的 SIGSEGV。 其在图 2 中的顺序为： 1 -� 3 -� 4 -� 6 -� 8 -� 11 -�10
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Segmentation Fault in Linux
Revision History
日期 2009.12.21 版本 1.0 描述 初次发表版本
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Segmentation Fault in Linux
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1.什么是“Segmentation fault in Linux”？
Segmentation Fault in Linux
Segmentation Fault in Linux —— 原因与避免
Author: ZX_WING(xing5820@)
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Segmentation Fault in Linux
写在前面的话
最近 CU （ chinaunix ）出现了很多问 segmentation fault 的帖子，其实这也是个“月经贴”了，泡 CU 几年，每个月 都有人问。为了减少重复回帖，笔者结合自己的经验，总结 了 SIGSEGV 在 Linux 中产生的机理，并用实际例子概括哪 些编程错误容易引发 SIGSEGV。由于本人经验有限，文中 难免有疏漏和错误，请发现的朋友发信到 xing5820@ 指正，笔者好即使修改。
上述文字没有给出 SIGSEGV 的定义，仅仅说它是“计算机软件操作过程中的一种错误 情况”。文字描述了 SIGSEGV 在何时发生，即“当程序试图访问不被允许访问的内存区域 （比如，尝试写一块属于操作系统的内存） ，或以错误的类型访问内存区域（比如，尝试写 一块只读内存） 。 这个描述是准确的。 为了加深理解， 我们再更加详细的概括一下 SIGSEGV。 � � SIGSEGV 是在访问内存时发生的错误，它属于内存管理的范畴 SIGSEGV 是一个用户态的概念，是操作系统在用户态程序错误访问内存时所做出的处 理。 � � 当用户态程序访问（访问表示读、写或执行）不允许访问的内存时，产生 SIGSEGV。 当用户态程序以错误的方式访问允许访问的内存时，产生 SIGSEGV。 从用户态程序开发的角度， 我们并不需要理解操作系统复杂的内存管理机制， 这是和硬 件平台相关的。但是，了解内核发送 SIGSEGV 信号的流程，对我们理解 SIGSEGV 是很有 帮助的。 在 《 Understanding Linux Kernel Edition 3》和《 Understanding the Linux Virtual Memory Manager》相关章节都有一幅总图对此描述，对比之下，笔者认为 ULK 的图更为直观。