Linux程序调试--Bus Error

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：

1 int main(){
2
3
4
5
6 #if defined(__GNUC__)
7 # if defined(__i386__)
8 /* Enable Alignment Checking on x86 */
9 __asm__("pushf\norl $0x40000,(%esp)\npopf");
10 # elif defined(__x86_64__)
11 /* Enable Alignment Checking on x86_64 */
12 __asm__("pushf\norl $0x40000,(%rsp)\npopf");
13 # endif
14 #endif
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19
20
21
22
23
24 short array[16];
25
26 int * p = (int *) &array[1];
27 *p = 1;
28
29 return 1;
30 }

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\n
orl $0x40000,(%esp)\n
popf"
)
;

# elif defined(__x86_64__) 

/* Enable Alignment Checking on x86_64 */


    __asm__(
"pushf\n
orl $0x40000,(%rsp)\n
popf"
)
;

# 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;

  }