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  • 常见Android Native崩溃及错误原因

    作者介绍:王竞原,负责网游刀锋铁骑项目,使用C++10年左右,非常喜欢使用C++,特别是C++11。希望能与广大的C++爱好者多交流。

    一、什么是Android的C/C++ NativeCrash

    Android上的Crash可以分两种:

    1、Java Crash
    Java代码导致jvm退出,弹出“程序已经崩溃”的对话框,最终用户点击关闭后进程退出。
    Logcat 会在“AndroidRuntime”tag下输出Java的调用栈。

    2、Native Crash
    通过NDK,使用C/C++开发,导致进程收到错误信号,发生Crash,Android 5.0之前进程直接退出(闪退) , Android 5.0之后会弹“程序已崩溃”的对话框。

    Logcat 会在“debug”tag下输出dump信息:

    • 错误信号:11是信号量sigNum,SIGSEGV是信号的名字,SEGV_MAPERR是SIGSEGV下的一种类型。
    • 寄存器快照:进程收到错误信号时保存下来的寄存器快照,其中PC寄存器存储的就是下个要运行的指令(出错的位置)。
    • 调用栈:#00是栈顶,#02是栈底,#02调用#01调用#00方法,#00的方法时libspirit.so中的Spirit类下的testCrash方法,出错的地方是testCrash方法内汇编偏移17(不是行号哦!)

    UKYUQA}TYQ(3SPXORCQAU$4

    二、什么是错误信号

    Android本质就是一个Linux,信号跟Linux信号是同一个东西,信号本身是用于进程间通信的没有正确错误之分,但官方给一些信号赋予了特定的含义及特定处理动作,

    通常我们说的错误信号有5个(Bugly全部都能上报),系统默认处理就是dump出堆栈,并退出进程:

    }RLH@[`~UMNVFJU`(~3NTVN

    通常的来源有三个:
    1、硬件发生异常,即硬件(通常是CPU)检测到一个错误条件并通知Linux内核,内核处理该异常,给相应的进程发送信号。硬件异常的例子包括执行一条异常的机器语言指令,诸如,被0除,或者引用了无法访问的内存区域。大部分信号如果没有被进程处理,默认的操作就是杀死进程。在本文中,SIGSEGV(段错误),SIGBUS(内存访问错误),SIGFPE(算数异常)属于这种信号。

    2、进程调用的库发现错误,给自己发送中止信号,默认情况下,该信号会终止进程。在本文中,SIGABRT(中止进程)属于这种信号。

    3、用户(手贱)或第三方App(恶意)通过kill-信号 pid的方式给错误进程发送,这时signal中的si_code会小于0。

    三、抖几个常见错误

    1. 空指针

    代码示例

    int* p = 0; //空指针
    *p = 1; //写空指针指向的内存,产生SIGSEGV信号,造成Crash

    原因分析

    在进程的地址空间中,从0开始的第一个页面的权限被设置为不可读也不可写,当进程的指令试图访问该页面中的地址时(如读取空指针指向的内存),处理器就会产生一个异常,然后Linux内核会给该进程发送一个段错误信号(SIGSEGV),默认的操作就是杀死进程,并产生core文件。

    解决方法

    在使用指针前加以判断,如果为空,则是不可访问的。

    Bug评述

    空指针是很容易出现的一种bug,在代码量大,赶开发进度时很容易出现,但是它也很容易被发现和修复。

    2. 野指针

    代码示例

    int* p; //野指针,未初始化,其指向的地址通常是随机的
    *p = 1; //写野指针指向的内存,有可能不会马上Crash,而是破坏了别处的内存

    原因分析

    野指针指向的是一个无效的地址,该地址如果是不可读不可写的,那么会马上Crash(内核给进程发送段错误信号SIGSEGV),这时bug会很快被发现。
    如果访问的地址为可写,而且通过野指针修改了该处的内存,那么很有可能会等一段时间(其它的代码使用了该处的内存后)才发生Crash。这时查看Crash时显示的调用栈,和野指针所在的代码部分,有可能基本上没有任何关联。

    解决方法

    1. 在指针变量定义时,一定要初始化,特别是在结构体或类中的成员指针变量。
    2. 在释放了指针指向的内存后,要把该指针置为NULL(但是如果在别的地方也有指针指向该处内存的话,这种方式就不好解决了)。
    3. 野指针造成的内存破坏的问题,有时候光看代码很难查找,通过代码分析工具也很难找出,只有通过专业的内存检测工具,才能发现这类bug。

    Bug评述

    野指针的bug,特别是内存破坏的问题,有时候查起来毫无头绪,没有一点线索,让开发者感觉到很茫然和无助( Bugly上报的堆栈看不出任何问题)。可以说内存破坏bug是服务器稳定性最大的杀手,也是C/C++在开发应用方面相比于其它语言(如Java, C#)的最大劣势之一。

    3. 数组越界

    代码示例

    int arr[10];
    arr[10] = 1; //数组越界,有可能不会马上Crash,而是破坏了别处的内存

    原因分析

    数组越界和野指针类似,访问了无效的地址,如果该地址不可读写,则会马上Crash(内核给进程发送段错误信号SIGSEGV),如果修改了该处的内存,造成内存破坏,那么有可能会等一段时间才在别处发生Crash。

    解决方法

    1. 所有数组遍历的循环,都要加上越界判断。
    2. 用下标访问数组时,要判断是否越界。
    3. 通过代码分析工具可以发现绝大部分的数组越界问题。

    Bug评述

    数组越界也是一种内存破坏的bug,有时候与野指针一样也是很难查找的。

    4. 整数除以零

    代码示例

    int a = 1;
    int b = a / 0; //整数除以0,产生SIGFPE信号,导致Crash

    原因分析

    整数除以零总是产生SIGFPE(浮点异常,产生SIGFPE信号时并非一定要涉及浮点算术,整数运算异常也用浮点异常信号是为了保持向下兼容性)信号,默认的处理方式是终止进程,并生成core文件。

    解决方法

    在做整数除法时,要判断被除数是否为0的情况。

    Bug评述

    整数被0除的bug很容易被开发者忽视,因为通常被除数为0的情况在开发环境下很难出现,但是到了生产环境,庞大的用户量和复杂的用户输入,就很容易导致被除数为0的情况出现了。

    5. 格式化输出参数错误

    代码示例

    //格式化参数错误,可能会导致非法的内存访问,从而造成宕机
    char text[200];
    snprintf(text,200,"Valid %u, Invalid %u %s", 1);//format格式不匹配

    原因分析

    格式化参数错误也和野指针类似,但是只会读取无效地址的内存,而不会造成内存破坏,因此其结果是要么打印出错乱的数据,要么访问了无读写权限的内存(收到段错误信号SIGSEGV)而立即宕机。

    解决方法

    1. 在书写输出格式和参数时,要做到参数个数和类型都要与输出格式一致。
    2. 在GCC的编译选项中加入-wformat,让GCC在编译时检测出此类错误。

    6、缓冲区溢出

    代码示例

    char szBuffer[10];
    //由于函数栈是从高地址往低地址创建,而sprintf是从低地址往高地址打印字符,
    //如果超出了缓冲区的大小,函数的栈帧会被破坏,在函数返回时会跳转到未知的地址上,
    //基本上都会造成访问异常,从而产生SIGABRT或SIGSEGV,造成Crash
    
    sprintf(szBuffer, "Stack Buffer Overrun!111111111111111"  "111111111111111111111");

    原因分析

    通过往程序的缓冲区写超出其长度的内容,造成缓冲区的溢出,从而破坏函数调用的堆栈,修改函数调用的返回地址。如果不是黑客故意攻击,那么最终函数调用很可能会跳转到无法读写的内存区域,产生段错误信号SIGSEGV或SIGABRT,造成程序崩溃,并生成core文件。

    解决方法

    1. 检查所有容易产生漏洞的库调用,比如sprintf,strcpy等,它们都没有检查输入参数的长度。
    2. 使用带有长度检查的库调用,如用snprintf来代替sprintf,或者自己在sprintf上封装一个带长度检查的函数。
    3. 在GCC编译时,在-O1以上的优化行为下,使用-D_FORTIFY_SOURCE=level进行编译(其中level=1或2,level代表的是检测级别的不同,数值越大越严格)。这样GCC会在编译时报告缓冲区溢出的错误。
    4. 在GCC编译时加上-fstack-protector或-fstack-protector-all选项,使得堆栈保护(stack-smashingprotector, SSP)功能生效。该功能会在编译后的汇编代码中插入堆栈检测的代码,并在运行时能够检测到栈破坏并输出报告。

    Bug评述

    缓冲区溢出是一种非常普遍、非常危险的漏洞,在各种操作系统、应用软件中广泛存在。黑客在进行攻击时,输入的字符串一般不会让程序崩溃,而是修改函数的返回地址,使程序跳转到别的地方,转而执行黑客安排好的指令,以达到攻击的目的。
    缓冲区溢出后,调试生成的core,可以看见调用栈是混乱的,因为函数的返回地址已经被修改到随机的地址上去了。
    服务器宕机后,如果core文件和可执行文件是匹配的,但是调用栈是错乱的,那么很大的可能性是发生了缓冲区溢出。

    7、主动抛出异常

    代码示例

      if ((*env)->ExceptionOccurred(env) != 0) {
             //动态库在内部运行出现错误时,大都会主动abort,终止运行
             abort(); //给当前进程发送信号SIGABRT
      }

    解决方法

    查看堆栈找出abort的原因

    Bug评述

    如果是程序主动abort的,通过堆栈加源码还是很好定位的,但往往abort的位置是在系统库中,就不好定位了,需要多查看系统API的使用方法,检查是否使用不当。

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