Reconstruct Call Flow from SIGSEGV

存取不合法位址時會產生 signal SIGSEGV。重建呼叫流程需要的步驟如下：

1. 程式加 SIGSEGV 的 signal handler 來 dump process 資訊、CPU 暫存器、和 stack。
2. 編譯時加「-g」選項，並保留 unstripped 的 obj 檔或執行檔備用。
3. 程式發生 SIGSEGV，取回 dump 資訊。
   
4. 分析 dump 資訊找出「程式碼位址」。
5. 用「addr2line」轉換「程式碼位址」成原始碼檔名和行號，或者無除錯資訊時用「nm」取得函數名稱。

透過 sigaction() 安裝 SIGSEGV 時的呼叫函數「sa_sigaction」，其第三個引數會指到 ucontext_t 格式的資料 (定義在 ucontext.h)，其中 mcontext_t 的資訊是處理器相關的，包括 CPU 暫存器等，定義在 sigcontext.h，在 ARM 是：

struct sigcontext {
    unsigned long trap_no;
    unsigned long error_code;
    unsigned long oldmask;
    unsigned long arm_r0;
    unsigned long arm_r1;
    unsigned long arm_r2;
    unsigned long arm_r3;
    unsigned long arm_r4;
    unsigned long arm_r5;
    unsigned long arm_r6;
    unsigned long arm_r7;
    unsigned long arm_r8;
    unsigned long arm_r9;
    unsigned long arm_r10;
    unsigned long arm_fp; // frame pointer only if optimization disabled
    unsigned long arm_ip; // temp workspace
    unsigned long arm_sp; // top of stack，可反向建構出呼叫流程
    unsigned long arm_lr; // link address/workspace，return 位址 (在 caller)
    unsigned long arm_pc; // program counter，SIGSEGV 時的程式位址
    unsigned long arm_cpsr;
    unsigned long fault_address; // fault data address
};

PC 是當機時的 Program Counter，查詢 /proc/[pid]/maps 可以知道落在哪個檔案，如果是執行檔，「addr2line -ife <unstripped執行檔> <PC>」可以查到在原始碼檔名和行號。如果是 relocatable object (so 檔)，除非編譯時有下「-g」參數，不然只能知道落在哪個 symbol。「arm-linum-nm -lnDS <so檔>」列出 symbol 的偏移及大小，PC 減去 so 檔載入的位址就是偏移，查表可知是哪個函數。

LR 是呼叫函數的下個指令，照 PC 的方式，可知道在是哪個函數裡面的位置，其前一個呼叫的函數就是 PC 所在的函數。

再來是透過 SP 回朔更多 link addresses，有幾個技巧：

• ARM 指令不在 thumb 模式都是 32-bit 對齊，所以只需要找 4 倍數的位址。
• 只會落在 maps 中可執行的檔案才可能是。
• addr2line 找 LR 所在的函數可能的呼叫者，一直往回推。
• arm-linux-nm -nS <unstripped執行檔> 可列出 symbol，但不會有 inline 函數，這個時候可以找原始檔 symbol 的位址範圍。
• PC 和 LR 可能都在函式庫。
  

可能進階改善

• 程式解析 log 資料自動重新建立呼叫流程。
• locate 並回復函數引數和 local 變數。
• 讓 log 資料 loadable by GDB。

注意：signal 呼叫的「sa_sigaction」函數是執行在 the context of a signal handler，呼叫的函數有限制，請「man 7 signal」查看 section  “Async-signal-safe functions”。