Android平台抓取native crash log

Android开发中，在Java层可以方便的捕获crashlog，但对于 Native 层的 crashlog 通常无法直接获取，只能通过系统的logcat来分析crash日志。

做过 Linux 和 Win32 开发的都知道，在pc上程序crash时可以生成 core dump 文件通过相关的工具分析函数调用堆栈及崩溃时的内存信息。

那么作为软件开发者有没有方法自己获取native层的crashlog呢？Android 系统是 Linux 内核，既然在Linux中crash时可以生成dump文件，那么在Android中也是有办法的。

Linux系统的Crash dump

Linux 栈调用回溯

对 Linux 应用程序而言， 因为有 glibc 库的支持， 所以构造程序的函数调用链相对容易。在 glibc 库提供的关于堆栈回朔的一系列库函数中，其核心函数是 backtrace()。它负责遍历从程序入口点到当前调用点的所有堆栈帧，然后生成函数调用的地址序列。为了完成函数地址和函数名称的转换，函数backtrace_symbols() 负责将 backtrace()生成的地址序列转换成一系列字符串列表，在每个字符串列表中包括了函数名称，当前指令在函数中的偏移量和函数的返回地址。由于 backtrace_symbols() 需要动态申请空间以保存字符串列表，如果应用程序 crash 时破坏了系统内存，可能导致 backtrace_symbols()结果错误。为此，glibc库还提供了一个更安全的地址转换函数：backtrace_symbols_fd() 。该函数将生成的字符串直接输出到外部文件，而不再需要申请新的内存空间。对于 backtrace() 的详细使用方法可以通过man backtrace 查看。

在Andrid中，由于谷歌没有使用glibc库，而是使用了精简版本的bionic库，其中并没有 backtrace() 可用。获取调用堆栈还需要采用其他方法。

Linux 信号机制

信号机制是 Linux 进程间通信的一种重要方式，Linux 信号一方面用于正常的进程间通信和同步，如任务控制(SIGINT, SIGTSTP,SIGKILL, SIGCONT，……)；另一方面，它还负责监控系统异常及中断。 当应用程序运行异常时， Linux 内核将产生错误信号并通知当前进程。 当前进程在接收到该错误信号后，可以有三种不同的处理方式。 1. 忽略该信号。
2. 捕捉该信号并执行对应的信号处理函数(signal handler)。
3. 执行该信号的缺省操作(如 SIGTERM， 其缺省操作是终止进程)。

当 Linux 应用程序在执行时发生严重错误，一般会导致程序 crash。其中，Linux 专门提供了一类 crash 信号，在程序接收到此类信号时，缺省操作是将 crash 的现场信息记录到 core 文件，然后终止进程。

Crash信号列表

Signal	Description
SIGSEGV	Invalid memory reference.
SIGBUS	Access to an undefined portion of a memory object.
SIGFPE	Arithmetic operation error, like divide by zero.
SIGILL	Illegal instruction, like execute garbage or a privileged instruction
SIGSYS	Bad system call.
SIGXCPU	CPU time limit exceeded.
SIGXFSZ	File size limit exceeded.

Linux 信号处理 sigaction

#include<signal.h>  
int sigaction(int sig, struct sigaction *act , struct sigaction *oact) ;  

struct sigaction{  
   void     (*sa_handler)(int);  
   void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);  
   sigset_t   sa_mask;  
   int        sa_flags;  
   void     (*sa_restorer)(void);  
}

这个函数可以: 1. 给一个signal安装一个handler，并且在使用sigaction修改该handler之前，不用reinstall。 2. 使用sigaction结构，该结构包含handler，其中可以指定2个handler，一个是使用sigiinfo_t等参数的handler，即支持给handler更多的参数，使其可以知道自己是被什么进程，那个用户，发来的什么信号，发来该信号的具体的原因是什么，当然要像这样，得给sigaction的sa_flags设置SA_SIGINFO标记。 3．使用sigaction的sa_flags标记还可以指定系统调用被这个信号打断后，是直接返回，还是自动restart. 一个典型就是，一般我们不让SIGALRM信号将被打断的系统调用restart，因为SIGALARM一般本来就是用来打断一个block的调用的。 4. 为了模仿老的signal函数的作用，实现unreliable 的类似signal的操作，可以通过给sa_flags设置SA_RESETHAND使handler不会自动reinstall,以及SA_NODEFER标记来使在本信号的handler内部，本信号不被自动block，当然如果你手动在sa_mask中指定要block本信号的话就可以将其block了。 5. 通过使用sigaction结构中的sa_mask，可以在该handler执行的过程中，block一些信号，注意，这个mask是与我们使用sigprocmask设置的mask不同的mask，这个mask的作用范围仅限于本handler函数，而且他不会将我们用sigprocmask设置的mask取消，而仅仅是在其基础上再次将一些信号block掉，当handler结束时，系统会自动将mask恢复成以前的样子，所以这个sigaction中的sa_mask只作用本信号的handler的执行时间。

一个使用 sigaction 进行信号处理的示例：

#include <signal.h>

void sig_handler_with_arg(int sig,siginfo_t *sig_info,void *unused){……}

int main(int argc,char **argv)
{
    struct sigaction sa;  
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_sigaction = sig_handler_with_arg;
    sa.sa_flags = SA_RESETHAND;

sigaction(SIGSEGV, &sa, NULL);
...
 }

Android tombstones 分析

Android系统中应用出现nativecrash时，会在 /data/tombstones 目录下生成 tombstone_xx 的日志文件，记录了应用crash发生时的内存、寄存器、堆栈信息等。并且通过logcat将其内容输出。

Android 4.0中tombstones处理部分的源码位于 /system/core/debuggerd 和 bonic/linker/debugger.c 中。

在 bonic/linker/debugger.c 中的 debugger_init() 中对7个Signal进行了注册处理,debugger_signal_handler作为信号处理函数。

void debugger_init()
{
  struct sigaction act;
  memset(&act, 0, sizeof(act));
  act.sa_sigaction = debugger_signal_handler;
  act.sa_flags = SA_RESTART | SA_SIGINFO;
  sigemptyset(&act.sa_mask);

  sigaction(SIGILL, &act, NULL);
  sigaction(SIGABRT, &act, NULL);
  sigaction(SIGBUS, &act, NULL);
  sigaction(SIGFPE, &act, NULL);
  sigaction(SIGSEGV, &act, NULL);
  sigaction(SIGSTKFLT, &act, NULL);
  sigaction(SIGPIPE, &act, NULL);
}

在debugger_signal_handler 中，通过socket client 与 /system/core/debuggerd 中的socket server进行通信，在/system/core/debuggerd中进行crash进程的分析( handle_crashing_process 函数中)，生成tombstones文件（dump_crash_report 函数）。

unwind_backtrace_with_ptrace 函数获取backtrae，通过 ptrace 读取寄存器和相关内存地址。

Google Breakpad 项目

Google Breakpad 是Google开源的跨平台崩溃转储和分析模块，他支持Windows，Linux和Mac和Solaris系统，并可以编译到Android工程中。Google-breakpad的好处在于可以屏蔽了不同平台的差异，使用统一的文件格式记录和分析符号文件格式和崩溃栈信息。

在Linux系统上，google-breakpad也是通过信号机制来捕获crash，大致过程可以通过源码中的注释了解：

//    The signal flow looks like this:

//  SignalHandler (uses a global stack of ExceptionHandler objects to find
//        |         one to handle the signal. If the first rejects it, try
//        |         the second etc...)
//        V
//   HandleSignal ----------------------------| (clones a new process which
//        |                                   |  shares an address space with
//   (wait for cloned                         |  the crashed process. This
//     process)                               |  allows us to ptrace the crashed
//        |                                   |  process)
//        V                                   V
//   (set signal handler to             ThreadEntry (static function to bounce
//    SIG_DFL and rethrow,                    |      back into the object)
//    killing the crashed                     |
//    process)                                V
//                                          DoDump  (writes minidump)
//                                            |
//                                            V
//                                         sys_exit

客户端中google-breakpad的使用也很简单，可以参照官方wiki的教程文档：How To Add Breakpad To Your Linux Application 。