Linux&C--多线程程序中捕获段错误segmentation fault

通过对可能出现segmentation fault的代码段添加类似java中try catch结构，实现在多线程中分开捕获各自的segment fault的能力，达到可定位、可自定义处理异常方法的效果。

仅“预防型”处理segmentation fault。

1 知识点列表

1.1 Linux段错误的系统处理

发生段错误后系统会抛出 SIGSEGV 信号 ，之后调用默认的信号处理函数 ，产生core文件，然后关闭程序。

1.2 signal函数

用来截获信号，调用自己的信号处理函数。
可以捕获整个进程中的SIGSEGV信号，然后调用自己的信号处理函数，自行处理段错误。但是无法确认是哪里报的SIGSEGV异常。

1.3 setJump和longJump

非局部跳转语句—setjmp和longjmp函数。非局部指的是，这不是由普通C语言goto，语句在一个函数内实施的跳转，而是在栈上跳过若干调用帧，返回到当前函数调用路径上的某一个函数中。
利用setJump记录可能异常的开始位置，结合signal函数，捕获SIGSEGV信号后，在信号处理函数中利用longjump跳回异常开始位置，可定位异常位置

1.4 __thread修饰线程变量

定义一个线程局部变量很简单，只需简单的在全局或静态变量的声明中包含__thread说明符即可。对于这个变量，每个线程保存自己的一份拷贝，因此每个线程的这个变量的地址不同。

1.5 自定义信号处理函数

SIGSEGV在同一线程不能被自定义的信号处理函数捕获两次及以上，是因为进入到信号处理函数之后，这个信号会被阻塞（block），此时不能再绑定信号处理函数。

2 详解

2.1 signal函数

参考：https://blog.csdn.net/work_msh/article/details/8470277

#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

第一个参数 的意思表示你要绑定的信号
第二个参数 是表示信号处理的函数指针，返回值为void，参数为int，如上 ，另外 系统也定义了一些宏，如下，分别表示错误返回，使用默认的信号处理函数，忽略该信号。

/* Fake signal functions.  */
#define SIG_ERR	((__sighandler_t) -1)		/* Error return.  */
#define SIG_DFL	((__sighandler_t) 0)		/* Default action.  */
#define SIG_IGN	((__sighandler_t) 1)		/* Ignore signal.  */

返回值是一个信号处理函数的指针，如果发生错误，返回 SIG_ERR 这个宏，事实上也是定义的一个函数，产生错误的原因主要是因为给定的信号不正确。
另外这个使用函数 有两点要注意：

a) 进入到信号处理函数之后，这个信号会被阻塞（block）直到信号处理函数返回。所以不能再给它绑定信号处理函数，所以不能被捕获两次

b) 信号函数处理完之后，会将该信号恢复为默认处理状态 ，即SIGSEGV信号的处理函数会重置为系统默认的产生core文件函数，所以在下一次用到的时候要重新调用signal这个函数绑定。

c) 设置一次，整个进程有效，当某线程中信号函数处理完，只会讲该线程中的信号恢复为默认处理状态。

2.2 setjump & longjump

非局部跳转语句—setjmp和longjmp函数。非局部指的是，这不是由普通C语言goto，语句在一个函数内实施的跳转，而是在栈上跳过若干调用帧，返回到当前函数调用路径上的某一个函数中。

#include <setjmp.h>
int setjmp(jmp_buf env);

setjmp将上下文 ，就是cpu和内存的信息保存到env中;
返回值：若直接调用则返回0，若从longjmp调用返回则返回非0值的longjmp中的val值

#include <setjmp.h>
void longjmp(jmp_buf env, int val);

调用此函数则返回到语句setjmp所在的地方，其中env 就是setjmp中的 env，而val 则是使setjmp的返回值变为val。
使用setjmp和longjmp要注意以下几点：
a) setjmp与longjmp结合使用时，它们必须有严格的先后执行顺序，也即先调用setjmp函数，之后再调用longjmp函数，以恢复到先前被保存的“程序执行点”。否则，如果在setjmp调用之前，执行longjmp函数，将导致程序的执行流变的不可预测，很容易导致程序崩溃而退出

b) longjmp必须在setjmp调用之后，而且longjmp必须在setjmp的作用域之内。具体来说，在一个函数中使用setjmp来初始化一个全局标号，然后只要该函数未曾返回，那么在其它任何地方都可以通过longjmp调用来跳转到 setjmp的下一条语句执行。实际上setjmp函数将发生调用处的局部环境保存在了一个jmp_buf的结构当中，只要主调函数中对应的内存未曾释放 （函数返回时局部内存就失效了），那么在调用longjmp的时候就可以根据已保存的jmp_buf参数恢复到setjmp的地方执行。

2.3 sigsetjmp & siglongjmp

int sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savesigs);
void siglongjmp(sigjmp_buf env, int val);

sigsetjmp 函数多了一个参数，savesigs，当 savesigs 不为 0时，会保存当前的信号屏蔽表 (signal mask)，然后在使用siglongjmp 跳转的时候，会恢复线程的屏蔽表。
Todo:信号掩码暂时没弄明白。
可解决不能捕获两次及以上的问题。

2 实现

参考：https://blog.csdn.net/yangping_zheng/article/details/20781071

3.1 exception.h

#ifndef CLIONTEST_EXCEPTION_H
#define CLIONTEST_EXCEPTION_H

// 保存当前局部环境
//#define Try(type) if ( ((type) = setjmp(_StackInfo)) == 0)
#define Try(type) if ( ((type) = sigsetjmp(_StackInfo, 1)) == 0)

// 捕获指定sig异常
#define Catch(type, sig) else if ((type) == (sig))

// 捕获其余sig异常
#define CatchElse else


#endif //CLIONTEST_EXCEPTION_H

3.2 多线程捕获SIGSEGV

#include <setjmp.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

#include "exception.h"

__thread jmp_buf _StackInfo; // setjmp函数将发生调用处的局部环境保存在了一个jmp_buf的结构

static void HandleSigInt(int signum)
{
//    longjmp(_StackInfo, signum);
	siglongjmp(_StackInfo, signum);
}

void *handleThread() {
    signal(SIGSEGV, HandleSigInt);
    int type;
    Try (type) {
        char *charP = NULL;
        *charP = 'd';
    } Catch (type, SIGSEGV) {
        printf("=======异常类型：SIGSEGV\n");
    } CatchElse {
        printf("=======异常\n");
	}
	pthread_exit(NULL);
}

int main() {
    signal(SIGSEGV, HandleSigInt);
    int type;
    Try(type) {
        pthread_t pid;
        pthread_create(&pid, NULL, handleThread, NULL);
        pthread_join(pid, NULL);
        char *charP = NULL;
        *charP = 'd';
    } Catch(type, SIGSEGV) {
        printf("异常类型：SIGSEGV\n");
    } CatchElse {
        printf("异常\n");
	}
	return 0;
}