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Bus Error解析

2013年11月20日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2491字 ⁄ 字号 评论关闭

一,Bus Error究竟是指什么

    Bus Error,即总线错误。
    引发原因:
   CPU处于性能方面的考虑,要求对数据进行访问时都必须是地址对齐的。如果发现进行的不是地址对齐的访问,就会发送SIGBUS信号给进程,使进程产生 core dump。RISC包括SPARC(一种微处理器架构)都是这种类型的芯片。x86系列CPU都支持不对齐访问,也提供了开关禁用这个机制。x86架构不要求对齐访问的时候,必定会有性能代价。例如,对int的访问应该是4字节对齐的,即地址应该是4的倍数,对short则是2字节对齐的,地址应该是2的倍数。
   Bus Error也有可能是因为机器物理问题或者访问无效物理地址,但这种情况非常少见。
   Linux平台上执行malloc(),如果没有足够的RAM,Linux不是让malloc()失败返回,而是向当前进程分发SIGBUS信号。
   注: 对该点执怀疑态度,有机会可自行测试确认当前系统反应。

   SIGBUS与SIGSEGV信号的一般区别如下:

   1) SIGBUS(Bus error)意味着指针所对应的地址是有效地址,但总线不能正常使用该指针。通常是未对齐的数据访问所致。

    2) SIGSEGV(Segment fault)意味着指针所对应的地址是无效地址,没有物理内存对应该地址。

二,例子程序:
 
 
    int main(){
         #if defined(__GNUC__)
         # if defined(__i386__)
         /* Enable Alignment Checking on x86 */
         __asm__("pushf/norl $0x40000,(%esp)/npopf");
         # elif defined(__x86_64__)
        /* Enable Alignment Checking on x86_64 */
        __asm__("pushf/norl $0x40000,(%rsp)/npopf");
        # endif
        #endif
        short array[16];
 
        int * p = (int *) &array[1];
         *p = 1;
 
        return 1;
   }

    short类型大小为2个字节,其地址必是2的倍数。而对于int指针来说,能够使用以访问数据的地址应该是4的倍数,转化arrary[1]的地址为int *并访问,系统会发出SIGBUS信号,导致程序崩溃。

   wiki上的例子:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Bus_error#Bus_error_example

#include <stdlib.h>

int main(int argc, char **argv)
 {
    int *iptr;
    char *cptr;
    #if defined(__GNUC__)
    # if defined(__i386__)
    /* Enable Alignment Checking on x86 */
    __asm__(    "pushf/norl $0x40000,(%esp)/npopf");
    # elif defined(__x86_64__)
     /* Enable Alignment Checking on x86_64 */
    __asm__("pushf/norl $0x40000,(%rsp)/npopf");
    # endif
    #endif

    /* malloc() always provides aligned memory */

    cptr = malloc(sizeof(int) + 1);

    /* Increment the pointer by one, making it misaligned */
    iptr = (int *) ++cptr;
    /* Dereference it as an int pointer, causing an unaligned access */
    *iptr = 42;
    return 0;
}

$ gcc -ansi sigbus.c -o sigbus

$ ./sigbus

Bus error

$ gdb ./sigbus

(gdb) r

Program received signal SIGBUS
, Bus error.

0x080483ba in main ()

(gdb) x/i $pc

0x80483ba <main+54>: mov DWORD PTR [eax],0x2a

(gdb) p/x $eax

$1 = 0x804a009

(gdb) p/t $eax & (sizeof(int) - 1)

$2 = 1

三,编译器和硬件平台相关性

    上述已经描述,对于x86平台,默认允许非对齐访问,只不过会有性能代价。开启检测可以使用上述代码中的宏。

    这段程序如果用Sun Studio编译器的话,运行就没有问题。这是因为Sun Studio默认对32位编译使用的参数是-xmemalign=8i,其中i选项设置明确指明不产生SIGBUS信号。
    不过如果编译成64位程序,Sun Studio使用的-xmemalign=8s,其中s选项设置意味对这种非对齐访问产生SIGBUS信号,则仍旧会遇到这个错误。

    如果坚持在SPARC上使用GCC去编译这种代码,可以如下进行:

    GCC有一个Type Attributes特性,例如在需人工对齐的变量后加上:__attribute__ ((aligned (4))); 其意义就是指定偏移量为4的倍数。比如:

    short array[10] __attribute__ ((aligned (4)));

    不过这个属性只对Linker连接器可见的变量有效,也就是说对local variable无效。而且这种特性作用粒度比较大,比如这里只对第一个元素有作用,并不为数组的每个成员设置偏移量。如果一定要针对local variable或者数组的每个成员进行偏移量设置,可以使用union类型:

  union {

     short s;

     int i;

  }

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