Linux调试工具 | Addr2line

一、简介

addr2line是一个工具，用于将地址转换为文件名和行号。当给定一个可执行文件中的地址或者可重定位对象文件中某个部分的偏移量时，addr2line会利用调试信息来确定与之相关联的文件名和行号。

这个描述表明，addr2line具有两种使用方法：对于可执行文件，直接将其跟随一个十六进制的地址值；对于可重定位对象文件，直接跟随一个十六进制的地址偏移量。通过这种方式，addr2line可以准确地输出所需的信息。否则，如果无法解析地址，将会输出 ??:0。

 

提示：可通过file命令区分可执行文件与可重定位对象

#输出executable,可知文件是可执行文件
[root@localhost ~]# file test
test: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=6bae72d43422a7a048ecf8bce55723aff816820b      
      , with debug_info, not stripped
#输出relocatable，可知文件是可重定位对象
[root@localhost ~]# file helloworld.ko
helloworld.ko: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), BuildID[sha1]=2f5b2cbb443e05489dcf0272dbb0b72875172411, 
with debug_info, not stripped

二、用法

addr2line用于得到程序指令地址所对应的函数，以及函数所在的源文件名和行号。如果没有在命令行中给出地址，就从标准输入中读取它们。

 

基本用法：addr2line [选项] [地址]

三、程序崩溃场景

1、用户态普通程序

 

使用方法：addr2line -e 进程名 IP指令地址 -f

用户态程序有时可能因为各种原因导致崩溃，发生段错误，比如空指针等。如果没有靠谱的工具，我们就只能靠猜哪里的代码可能存在问题，这里通过Linux自带的addr2line工具调试程序，能够快速直接帮我们准确定位到文件、异常函数名以及行号。

segfault.c源文件：

#include 
int main()
{
       int *p = NULL;
       *p = 0;

       return 0;
}

使用gcc进行编译，如下：

[root@localhost 68]# gcc segfault.c -o segfault -g
[root@localhost 68]# ls
segfault  segfault.c
[root@localhost 68]# ./segfault
Segmentation fault (core dumped)

dmesg查看报错信息，如下：

[root@localhost ~]# dmesg
[134563.793925] segfault[53791]: segfault at 0 ip 0000000000400546 sp 00007fff7956af70 error 6 
in segfault[400000+1000]
[134563.793946] Code: 01 5d c3 90 c3 66 66 2e 0f 1f 84 00 00 00 00 00 0f 1f 40 00 f3 0f 1e fa eb
 8a 55 48 89 e5 48 c7 45 f8 00 00 00 00 48 8b 45 f8  00 00 00 00 00 b8 00 00 00 00 5d c3 66
 2e 0f 1f 84 00 00 00 00
[root@localhost 68]# addr2line -e segfault 0000000000400546 -f

main
/tmp/68/segfault.c:5

该例子说明addr2line能够直观程序发生段错误的函数以及文件和行号。

 

注：如果编译程序时没有加上-g参数(即程序不含调试信息)，就只能显示出函数名，显示不出具体所在文件的位置,如下：

[root@localhost 68]# addr2line -e segfault 0x0000000000400546 -f

main
??:?

 

提示：如何区分程序是否还有调试信息，可通过file命令，如果输出结果中显示with debug_info则表示程序含有调试信息，否则表示不含有调试信息。

#不含有调试信息
[root@localhost 68]# file segfault
segfault: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter 
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=135f8128f721d829b9318da6105cc47223b14de9, not stripped
#含有调试信息
[root@localhost 68]# file segfault
segfault: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter
 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=c94635b3ef107e7ecc19f4c1a16e16f031d9ca51, with
 debug_info, not stripped

2、动态库程序

在动态库中发生段错误，也可以使用addr2line进行定位。

 

使用方法：addr2line -e 动态库名 IP指令地址-基地址 -f

test.c源文件：

#include "foo.h"

int main(void)
{
    foo();
    return 0;
}

foo.h:

#ifndef __FOO_LIB_H__
#define __FOO_LIB_H__

int foo(void);

#endif

foo.c:

#include "foo.h"

int foo()
{
    int *p = 0;
    *p = 0;
    return 0;
}

先编译动态库, 再编译主程序, 让它链接动态库, 最后运行之:

[root@localhost 69]# gcc -O3 -g -o libfoo.so -shared -fPIC foo.c
[root@localhost 69]# gcc -O3 -g -o test test.c -L. -lfoo 
[root@localhost 69]# export LD_LIBRARY_PATH=. 
[root@localhost 69]# ./test
Segmentation fault (core dumped)

查看dmesg日志，如下：

[root@localhost ~]# dmesg
[70567.416655] test[27722]: segfault at 0 ip 00007ffa1f588580 sp 00007fffa964e698 error 6 
in libfoo.so[7ffa1f588000+1000]
[70567.427374] Code: ff e8 64 ff ff ff c6 05 bd 0a 20 00 01 5d c3 0f 1f 00 c3 0f 1f 80 00
 00 00 00 f3 0f 1e fa e9 77 ff ff ff 0f 1f 80 00 00 00 00  04 25 00 00 00 00 00 00 00 00
 0f 0b 00 00 00 f3 0f 1e fa 48 83

根据日志可知，段错误发生的位置是在test进程调用的libfoo.so库里，我们先使用ldd找到动态库的位置，如下：

[root@localhost 69]# ldd test
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffd15b24000)
        libfoo.so => ./libfoo.so (0x00007f8c01879000)
        libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f8c014b4000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f8c01a7b000)

00007ffa1f588580为程序崩溃点ip指令地址，使用dmesg消息中ip指令地址减去动态库基址值(00007ffa1f588580 -7ffa1f588000=580), 差值0x580为错误点在动态库的地址，调用addr2line, 注意-e参数后文件名改为动态库名:

[root@localhost 69]# addr2line -e libfoo.so 580 -f -p
foo at /tmp/69/foo.c:6

动态库基址值(模块载入地址)即dmesg消息libfoo.so[7ffa1f588000+1000]语句中的7ffa1f588000值。

3、内核模块程序

 

使用方法：addr2line -e xxx.ko 地址偏移量 -f

当内核模块程序异常时，可能会导致机器直接死机重启，这种情况下定位bug可能就比较麻烦，dmesg日志在机器重新启动后，新的日志会覆盖掉原来的报错日志，从而对定位内核异常问题造成麻烦。常见

 

提示：Linux内核错误

1、panic 当内核遇到严重错误的时候，内核panic，立马崩溃。死机。

2、Oops Oops是内核遇到错误时发出的提示“声音”，Oops有时候会触发panic，有时候不会，而是直接杀死当前进程，系统可以继续运行。

比如说内核态下的段错误，当内核设置了panic_on_oops=1的时候，Oops会触发panic。【panic_on_oops的值在内核编译的时候配置，可以在/proc/sys/kernel/panic_on_oops查看值，同时可以使用sysctl修改】

当panic_on_oops=0的时候，如果错误发生在中断上下文，Oops也会触发panic。如果错误只是发生在进程上下文，这个时候只需要kill当前进程。【中断上下文包括以下情况：硬中断、软中断、NMI】。Oops的时候内核还可以运行，只是可能不稳定，这个时候，内核会调用printk打印输出内核栈的信息和寄存器的信息。

本人所用主机即属于一旦发生Oops，就会触发panic，因此总是无法查看Oops时的dmesg日志，经查阅资料，发现是内核参数panic_on_oops的原因导致的，因为该参数被设置为1，所以Oops会触发panic，从而导致机器总是死机重启，无法查看Oops时的dmesg日志。下面提供两种方法修改Oops内核参数，使其不会在Oops的时候触发panic导致死机重启。

方法一：修改 /proc下内核参数文件内容，临时生效，重启后失效。

echo 0 > /proc/sys/kernel/panic_on_oops

方法二：修改/etc/sysctl.conf 文件的内核参数来永久更改。

[root@localhost ~]# vi /etc/sysctl.conf
[root@localhost ~]# cat /etc/sysctl.conf
# sysctl settings are defined through files in
# /usr/l
ib/sysctl.d/, /run/sysctl.d/, and /etc/sysctl.d/.
#
# Vendors settings live in /usr/lib/sysctl.d/.

# To override a whole file, create a new file with the same in
# /etc/sysctl.d/ and put new settings
 there. To override
# only specific settings, add a file with a lexically later
# name in /etc/sysctl.d/
 and put new settings there.
#
# For more information, see sysctl.conf(5) and sysctl.d(5).
kernel.panic_on_oops=0
[root@localhost ~]# cat /proc/sys/kernel/panic_on_oops
1 
[root@localhost ~]# sysctl -p
kernel.panic_on_oops = 0
[root@localhost ~]#
[root@localhost ~]# cat /proc/sys/kernel/panic_on_oops
0

设置好Oops内核参数以后，让我们来构造生成Oops的程序，源代码如下：

oops.c源文件

#include 
#include 
#include 

static noinline void do_oops(void)
{
    *(int *)0 = 0;
}

static int my_oops_init(void)
{
    pr_info("my_oops_init\n");
    do_oops();

    return 0;
}

static void my_oops_exit(void)
{
    pr_info("my_oops exit\n");
}

module_init(my_oops_init);
module_exit(my_oops_exit);
MODULE_DESCRIPTION ("Kernel OOPS Testing");
MODULE_LICENSE("GPL");

编译内核模块的Makefile文件

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
EXTRA_CFLAGS = -Wall -g
obj-m := oops.o
else
PWD  := $(shell pwd)
KVER := $(shell uname -r)
KDIR := /lib/modules/$(KVER)/build
all:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
        rm -rf .*.cmd *.o *.order *.symvers *.mod.c *.ko .tmp_versions
endif

编译以及安装oops.ko模块，出现killed，由于错误未发生在中断上下文，未导致Kernel panic死机重启。

[root@localhost oops]# make
make -C /lib/modules/4.18.0-394.el8.x86_64/build M=/tmp/oops modules
make[1]: Entering directory '/usr/src/kernels/4.18.0-394.el8.x86_64'
  CC [M]  /tmp/oops/oops.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /tmp/oops/oops.mod.o
  LD [M]  /tmp/oops/oops.ko
make[1]: Leaving directory '/usr/src/kernels/4.18.0-394.el8.x86_64'
[root@localhost oops]#
[root@localhost oops]# ls
dump.log  Makefile  modules.order  Module.symvers  oops.c  oops.ko  oops.mod.c  oops.mod.o  oops.o
[root@localhost oops]# insmod ./oops.ko
Killed 
[root@localhost oops]# lsmod | grep oops
oops                   16384  1

加载模块将生成以下Kernel Oops消息，dmesg查看信息如下：

[root@localhost ~]# dmesg
[ 1039.918606] my_oops_init
[ 1039.918616] BUG: unable to handle kernel NULL pointer dereference at 0000000000000000
[ 1039.926442] PGD 0 P4D 0
[ 1039.928979] Oops: 0002 [#1] SMP NOPTI
[ 1039.932637] CPU: 34 PID: 3843 Comm: insmod Kdump: loaded Tainted: G           OE    --------- -  
- 4.18.0-394.el8.x86_64 #1
[ 1039.943756] Hardware name: New H3C Technologies Co., Ltd. H3C UniServer R4950 G5/RS45M2C9SB,
 BIOS 5.37 09/30/2021
[ 1039.954000] RIP: 0010:do_oops+0x5/0x11 [oops]
[ 1039.958364] Code: Unable to access opcode bytes at RIP 0xffffffffc02e6fdb.
[ 1039.965231] RSP: 0018:ffffb9d40a8c7cb0 EFLAGS: 00010246
[ 1039.970449] RAX: 000000000000000c RBX: 0000000000000000 RCX: 0000000000000000
[ 1039.977573] RDX: 0000000000000000 RSI: ffff98942ee96758 RDI: ffff98942ee96758
[ 1039.984697] RBP: ffffffffc02e7011 R08: 0000000000000000 R09: c0000000ffff7fff
[ 1039.991822] R10: 0000000000000001 R11: ffffb9d40a8c7ad8 R12: ffffffffc02e9000
[ 1039.998944] R13: ffffffffc02e9018 R14: ffffffffc02e91d0 R15: 0000000000000000
[ 1040.006069] FS:  00007f1b8d93b740(0000) GS:ffff98942ee80000(0000) knlGS:0000000000000000
[ 1040.014145] CS:  0010 DS: 0000 ES: 0000 CR0: 0000000080050033
[ 1040.019884] CR2: ffffffffc02e6fdb CR3: 0000000145c02000 CR4: 0000000000350ee0
[ 1040.027008] Call Trace:
[ 1040.029454]  my_oops_init+0x16/0x19 [oops]
[ 1040.033550]  do_one_initcall+0x46/0x1d0
[ 1040.037390]  ? do_init_module+0x22/0x220
[ 1040.041318]  ? kmem_cache_alloc_trace+0x142/0x280
[ 1040.046023]  do_init_module+0x5a/0x220
[ 1040.049777]  load_module+0x14ba/0x17f0
[ 1040.053530]  ? __do_sys_finit_module+0xb1/0x110
[ 1040.058059]  __do_sys_finit_module+0xb1/0x110
[ 1040.062411]  do_syscall_64+0x5b/0x1a0
[ 1040.066077]  entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x65/0xca
[ 1040.071130] RIP: 0033:0x7f1b8c8509bd
[ 1040.074701] Code: ff c3 66 2e 0f 1f 84 00 00 00 00 00 90 f3 0f 1e fa 48 89 f8 48 89 f7 48 89 d6 48 89
 ca 4d 89 c2 4d 89 c8 4c 8b 4c 24 08 0f 05  3d 01 f0 ff ff 73 01 c3 48 8b 0d 9b 54 38 00 f7 d8 64 89
 01 48
[ 1040.093446] RSP: 002b:00007ffc4df0a968 EFLAGS: 00000246 ORIG_RAX: 0000000000000139
[ 1040.101004] RAX: ffffffffffffffda RBX: 00005653fb1997d0 RCX: 00007f1b8c8509bd
[ 1040.108126] RDX: 0000000000000000 RSI: 00005653f980c8b6 RDI: 0000000000000003
[ 1040.115251] RBP: 00005653f980c8b6 R08: 0000000000000000 R09: 00007f1b8cbd9760
[ 1040.122375] R10: 0000000000000003 R11: 0000000000000246 R12: 0000000000000000
[ 1040.129498] R13: 00005653fb1997b0 R14: 0000000000000000 R15: 0000000000000000
[ 1040.136623] Modules linked in: oops(OE+) binfmt_misc xt_CHECKSUM ipt_MASQUERADE xt_conntrack ipt_REJECT 
nf_reject_ipv4 nft_compat nft_counter nft_chain_nat nf_nat nf_conntrack nf_defrag_ipv6 nf_defrag_ipv4
 nf_tables nfnetlink rpcsec_gss_krb5 auth_rpcgss nfsv4 dns_resolver nfs lockd grace fscache bridge stp llc
 intel_rapl_msr intel_rapl_common amd64_edac_mod edac_mce_amd amd_energy kvm_amd kvm irqbypass ipmi_ssif
 pcspkr crct10dif_pclmul crc32_pclmul ghash_clmulni_intel rapl joydev ccp sp5100_tco i2c_piix4 k10temp 
ptdma acpi_ipmi ipmi_si sunrpc vfat fat xfs libcrc32c sd_mod t10_pi sg crc32c_intel ast drm_vram_helper 
drm_kms_helper syscopyarea sysfillrect sysimgblt fb_sys_fops drm_ttm_helper ttm ahci drm libahci nfp(OE)
 igb libata dca i2c_algo_bit dm_mirror dm_region_hash dm_log dm_mod ipmi_devintf ipmi_msghandler
[ 1040.208357] CR2: 0000000000000000
[ 1040.211668] ---[ end trace b69c1e8998070273 ]---
[ 1040.230185] RIP: 0010:do_oops+0x5/0x11 [oops]
[ 1040.234540] Code: Unable to access opcode bytes at RIP 0xffffffffc02e6fdb.
[ 1040.241409] RSP: 0018:ffffb9d40a8c7cb0 EFLAGS: 00010246
[ 1040.246626] RAX: 000000000000000c RBX: 0000000000000000 RCX: 0000000000000000
[ 1040.253750] RDX: 0000000000000000 RSI: ffff98942ee96758 RDI: ffff98942ee96758
[ 1040.260876] RBP: ffffffffc02e7011 R08: 0000000000000000 R09: c0000000ffff7fff
[ 1040.267998] R10: 0000000000000001 R11: ffffb9d40a8c7ad8 R12: ffffffffc02e9000
[ 1040.275124] R13: ffffffffc02e9018 R14: ffffffffc02e91d0 R15: 0000000000000000
[ 1040.282247] FS:  00007f1b8d93b740(0000) GS:ffff98942ee80000(0000) knlGS:0000000000000000
[ 1040.290323] CS:  0010 DS: 0000 ES: 0000 CR0: 0000000080050033
[ 1040.296061] CR2: ffffffffc02e6fdb CR3: 0000000145c02000 CR4: 0000000000350ee0

 

消息解析：

[ 1039.928979] Oops: 0002 [#1] SMP NOPTI
[ 1039.932637] CPU: 34 PID: 3843 Comm: insmod Kdump: loaded Tainted: G           OE    --------- -  - 4.18.0-394.el8.x86_64 #1 

Oops: 0002 — 错误码

Oops: [#1] — Oops发生的次数

CPU: 34 — 表示Oops是发生在CPU34上

关键信息如下，这里提示在操作函数do_oops的时候出现异常，地址偏移量0x5：

[ 1039.954000] RIP: 0010:do_oops+0x5/0x11 [oops]

 

为什么这条信息关键，因为其含有指令指针RIP；指令指针IP/EIP/RIP的基本功能是指向要执行的下一条地址。在8080 8位微处理器上的寄存器名称是PC（program counter，程序计数器），从8086起，被称为IP（instruction pointer，指令指针）。主要区别在与PC指向正在执行的指令，而IP指向下一条指令。在64位模式下，指令指针是RIP寄存器。这个寄存器保存着下一条要执行的指令的64位地址偏移量。64位模式支持一种新的寻址模式，被称为RIP相对寻址。使用这个模式，有效地址的计算方式变为RIP（指向下一条指令）加上位移量。

由此可以看出内核执行到do_oops+0x5/0x11这个地址的时候出现异常，我们只需要找到这个地址对应的代码即可。

 

打印格式：do_oops+0x5/0x11 [oops] 即：symbol+offset/size [module] symbol: 符号 offset：地址偏移量 size：函数的长度 module: 所属内核模块

do_oops指示了是在do_oops函数中出现的异常， 0x5表示出错的地址偏移量， 0x11表示do_oops函数的大小。使用file查看内核模块文件类型：

[root@localhost oops]# file oops.ko
oops.ko: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), BuildID[sha1]=4b5b58c4aaf63d65d338be17399bfd3c480504c3, with debug_info, not stripped

上述结果显示该内核模块文件为可重定位对象文件，因此使用addr2line直接跟十六进制的地址偏移量定位文件名、行号和行数，如下：

[root@localhost oops]# addr2line -e oops.ko 0x5 -f -p
do_oops at /tmp/oops/oops.c:7

可以看到异常代码在oops.c文件第7行，根据源代码，可知该行代码访问非法内存地址。

四、总结

Addr2line 工具（它是标准的 GNU Binutils 中的一部分）是一个可以将指令的地址和可执行映像转换成文件名、函数名和源代码行数的工具。这在应用程序和内核程序执行过程中出现崩溃时，可用于快速定位出出错的位置，进而找出代码的bug。一般适用于 debug 版本或带有 symbol 信息的库。

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