[crash] cxa_pure_virtual 崩溃分析与原理

2023-11-23 08:12
文章标签 分析 原理 崩溃 crash virtual pure cxa

本文主要是介绍[crash] cxa_pure_virtual 崩溃分析与原理，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

  摘要：工作过程中处理线上的崩溃时发现了一例cxa_pure_virtual相关的crash，直接看堆栈基本山很容易确认是有异步调用导致出发了ABI的异常。但是对于为什么会触发cxa_pure_virtual虽然有大致的猜测但是没有直接的证据，因此本文主要描述触发该类型崩溃的原理。
  关键字：cxxabi,llvm,cxa_pure_virtual,vptr

  首先我们看一下崩溃的现象，线上的崩溃堆栈大概类似于下面形式：

0x********* abort()
0x********* std::terminate()
0x********* cxxabi::__cxa_pure_virtual()
0x********* ******::*******

  上面的崩溃我们看实际的代码基本上能够判断出当前类已经被析构的情况下当前类却尝试访问虚函数导致了cxa_pure_virtual，要修复该问题直接排查哪里导致的异步调用即可。但是为了更加输入的理解，我这边查阅了一些资料，如下。  摘要：工作过程中处理线上的崩溃时发现了一例cxa_pure_virtual相关的crash，直接看堆栈基本山很容易确认是有异步调用导致出发了ABI的异常。但是对于为什么会触发cxa_pure_virtual虽然有大致的猜测但是没有直接的证据，因此本文主要描述触发该类型崩溃的原理。
  关键字：cxxabi,llvm,cxa_pure_virtual,vptr

  首先我们看一下崩溃的现象，线上的崩溃堆栈大概类似于下面形式：

0x********* abort()
0x********* std::terminate()
0x********* cxxabi::__cxa_pure_virtual()
0x********* ******::*******

  上面的崩溃我们看实际的代码基本上能够判断出当前类已经被析构的情况下当前类却尝试访问虚函数导致了cxa_pure_virtual，要修复该问题直接排查哪里导致的异步调用即可。

  __cxa_pure_virtual的描述如下：

The __cxa_pure_virtual function is an error handler that is invoked when a pure virtual function is called.
If you are writing a C++ application that has pure virtual functions you must supply your own __cxa_pure_virtual error handler function.

  当调用一个纯虚函数时被调用，看llvm中cxxabi的实现可以看到该函数被调用时会直接abort。那就比较奇怪，如果我们调用的是一个纯虚函数按理说编译都无法通过，但是查看代码发现对应的函数是被重写的。那我们此时可能怀疑的一个点便是，虚基类的虚函数表构造和销毁问题。可能是因为子类被销毁是基类的虚函数表被改回基类的虚函数表，而基类中对应虚函数指针就是编译器指定的cxa_pure_virtual。

_LIBCXXABI_FUNC_VIS _LIBCXXABI_NORETURN void __cxa_pure_virtual(void) {abort_message("Pure virtual function called!");
}

  怀疑到这一点，我这边开始找资料（类似的问题印象中标准中是不管的，那大概率在ABI中定义的，那我们去看ABI的定义）。从ABI的定义中找到如下的描述：

An implementation shall provide a standard entry point that a compiler may reference in virtual tables to indicate a pure virtual function. Its interface is:extern "C" void __cxa_pure_virtual ();
This routine will only be called if the user calls a non-overridden pure virtual function, which has undefined behavior according to the C++ Standard. Therefore, this ABI does not specify its behavior, but it is expected that it will terminate the program, possibly with an error message.if C::f is a pure virtual function, no specific requirement is made for the corresponding virtual table entry. It may point to __cxa_pure_virtual (see 3.2.6 Pure Virtual Function API) or to a wrapper function for __cxa_pure_virtual (e.g., to adapt the calling convention). It may also simply be null in such cases.

  上面这一段描述了cxa_pure_virtual实际的意义。下面再看一下CXXABI中关于对象以及虚函数表构造的过程的描述：

     // Sub-VTT for D (embedded in VTT for its derived class X):static vtable *__VTT__1D [1+n+m] ={ D primary vtable,// The sub-VTT for B-in-D in X may have further structure:B-in-D sub-VTT (n elements),// The secondary virtual pointers for D's bases have elements// corresponding to those in the B-in-D sub-VTT,// and possibly others for virtual bases of D:D secondary virtual pointer for B and bases (m elements) }; D ( D *this, vtable **ctorvtbls ){// (The following will be unwound, not a real loop):for ( each base A of D ) {// A "boring" base is one that does not need a ctorvtbl:if ( ! boring(A) ) {// Call subobject constructors with sub-VTT index// if the base needs it -- only B in our example:A ( (A*)this, ctorvtbls + sub-VTT-index(A) ); } else {// Otherwise, just invoke the complete-object constructor:A ( (A*)this );}}// Initialize virtual pointer with primary ctorvtbls address// (first element):this->vptr = ctorvtbls+0;	// primary virtual pointer// (The following will be unwound, not a real loop):for ( each subobject A of D ) {// Initialize virtual pointers of subobjects with ctorvtbls// addresses for the bases if ( ! boring(A) ) {((A*)this)->vptr = ctorvtbls + 1+n + secondary-vptr-index(A);// where n is the number of elements in the sub-VTTs} else {// Otherwise, just use the complete-object vtable:((A *)this)->vptr = &(A-in-D vtable);}}// Code for D constructor....}

  从上面的描述中我们能够看到：

  1. 当前类的虚函数表指针的确定是在执行具体的构造函数代码之前的；
  2. 构建当前类之前会搜索当前类的继承图，找到基类按照继承图的先序序列构造基类；
  3. 基类构造完成后开始调用当前类的构造函数的代码。

  析构函数的顺序相反。对于一个具有直接继承关系的虚基类A和B（B继承自A）的构造顺序为：

class A{
public:virtual void func() = 0;
};class B: public A{
public:virtual void func(){}
};
  1. B构造函数B::B被调用；
  2. 遍历B的基类构造调用基类的构造函数，这里就是A::A();
  3. 调用A的时候先将vfptr指向A的虚函数表，此表项中有基类偏移，typeinfo，__cxa_pure_virtual（因为func是纯虚函数因此该处的虚函数表指针以此填充）；
  4. 调用A::A的用户代码，这里没有就不调用；
  5. A构造函数执行完后开始设置B的虚函数指针为B的虚函数表。

  析构顺序：

  1. 调用B::~B析构函数；
  2. 设置虚函数表指针为B的虚函数表；
  3. 执行B析构的用户代码；
  4. 调用基类A::~A()，该过程中先设置虚函数表指针为A的虚函数表再调用A的用户代码。

  从上面的过程中大概也能看出cxa_pure_virtual可能被调用的时机。当类被析构时，基类的析构稍微比较耗时时，第二个线程尝试访问当前类的一个被重写的纯虚函数，由于此时的虚函数表中的纯虚函数已经被修改为cxa_pure_virtual就会直接abort。那我们复现下：

class ClassA {
public:ClassA() {printf("Class A \n");}virtual ~ClassA() {std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));}virtual void func() = 0;
};class ClassB : public ClassA {
public:virtual ~ClassB() {printf("Class B \n");};virtual void func() override {printf("Class B func\n");}
};void func(ClassA *p) {while (1) {p->func();}
}int main(){std::cout << "Hello World!\n";ClassA* p = new ClassB;auto t = std::thread(func, p);std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));delete p;t.join();
}

  上面的代码中在析构函数中加了sleep函数来保证对象被析构过程中卡在基类的析构函数，第二个线程尝试访问该纯虚函数。
  再clang/gcc系列编译器上触发的是cxa_purer_virtual，而msvc触发的是_purecall。


extern "C" int __cdecl _purecall()
{_purecall_handler const purecall_handler = _get_purecall_handler();if (purecall_handler){purecall_handler();// The user-registered purecall handler should not return, but if it does,// continue with the default termination behavior.}abort();
}

  __cxa_pure_virtual的描述如下：

The __cxa_pure_virtual function is an error handler that is invoked when a pure virtual function is called.
If you are writing a C++ application that has pure virtual functions you must supply your own __cxa_pure_virtual error handler function.

  当调用一个纯虚函数时被调用，看llvm中cxxabi的实现可以看到该函数被调用时会直接abort。那就比较奇怪，如果我们调用的是一个纯虚函数按理说编译都无法通过，但是查看代码发现对应的函数是被重写的。那我们此时可能怀疑的一个点便是，虚基类的虚函数表构造和销毁问题。可能是因为子类被销毁是基类的虚函数表被改回基类的虚函数表，而基类中对应虚函数指针就是编译器指定的cxa_pure_virtual。

_LIBCXXABI_FUNC_VIS _LIBCXXABI_NORETURN void __cxa_pure_virtual(void) {abort_message("Pure virtual function called!");
}

  怀疑到这一点，我这边开始找资料（类似的问题印象中标准中是不管的，那大概率在ABI中定义的，那我们去看ABI的定义）。从ABI的定义中找到如下的描述：

An implementation shall provide a standard entry point that a compiler may reference in virtual tables to indicate a pure virtual function. Its interface is:extern "C" void __cxa_pure_virtual ();
This routine will only be called if the user calls a non-overridden pure virtual function, which has undefined behavior according to the C++ Standard. Therefore, this ABI does not specify its behavior, but it is expected that it will terminate the program, possibly with an error message.if C::f is a pure virtual function, no specific requirement is made for the corresponding virtual table entry. It may point to __cxa_pure_virtual (see 3.2.6 Pure Virtual Function API) or to a wrapper function for __cxa_pure_virtual (e.g., to adapt the calling convention). It may also simply be null in such cases.

  上面这一段描述了cxa_pure_virtual实际的意义。下面再看一下CXXABI中关于对象以及虚函数表构造的过程的描述：

     // Sub-VTT for D (embedded in VTT for its derived class X):static vtable *__VTT__1D [1+n+m] ={ D primary vtable,// The sub-VTT for B-in-D in X may have further structure:B-in-D sub-VTT (n elements),// The secondary virtual pointers for D's bases have elements// corresponding to those in the B-in-D sub-VTT,// and possibly others for virtual bases of D:D secondary virtual pointer for B and bases (m elements) }; D ( D *this, vtable **ctorvtbls ){// (The following will be unwound, not a real loop):for ( each base A of D ) {// A "boring" base is one that does not need a ctorvtbl:if ( ! boring(A) ) {// Call subobject constructors with sub-VTT index// if the base needs it -- only B in our example:A ( (A*)this, ctorvtbls + sub-VTT-index(A) ); } else {// Otherwise, just invoke the complete-object constructor:A ( (A*)this );}}// Initialize virtual pointer with primary ctorvtbls address// (first element):this->vptr = ctorvtbls+0;	// primary virtual pointer// (The following will be unwound, not a real loop):for ( each subobject A of D ) {// Initialize virtual pointers of subobjects with ctorvtbls// addresses for the bases if ( ! boring(A) ) {((A*)this)->vptr = ctorvtbls + 1+n + secondary-vptr-index(A);// where n is the number of elements in the sub-VTTs} else {// Otherwise, just use the complete-object vtable:((A *)this)->vptr = &(A-in-D vtable);}}// Code for D constructor....}

  从上面的描述中我们能够看到：

  1. 当前类的虚函数表指针的确定是在执行具体的构造函数代码之前的；
  2. 构建当前类之前会搜索当前类的继承图，找到基类按照继承图的先序序列构造基类；
  3. 基类构造完成后开始调用当前类的构造函数的代码。

  析构函数的顺序相反。对于一个具有直接继承关系的虚基类A和B（B继承自A）的构造顺序为：

class A{
public:virtual void func() = 0;
};class B: public A{
public:virtual void func(){}
};
  1. B构造函数B::B被调用；
  2. 遍历B的基类构造调用基类的构造函数，这里就是A::A();
  3. 调用A的时候先将vfptr指向A的虚函数表，此表项中有基类偏移，typeinfo，__cxa_pure_virtual（因为func是纯虚函数因此该处的虚函数表指针以此填充）；
  4. 调用A::A的用户代码，这里没有就不调用；
  5. A构造函数执行完后开始设置B的虚函数指针为B的虚函数表。

  析构顺序：

  1. 调用B::~B析构函数；
  2. 设置虚函数表指针为B的虚函数表；
  3. 执行B析构的用户代码；
  4. 调用基类A::~A()，该过程中先设置虚函数表指针为A的虚函数表再调用A的用户代码。

  从上面的过程中大概也能看出cxa_pure_virtual可能被调用的时机。当类被析构时，基类的析构稍微比较耗时时，第二个线程尝试访问当前类的一个被重写的纯虚函数，由于此时的虚函数表中的纯虚函数已经被修改为cxa_pure_virtual就会直接abort。那我们复现下：

class ClassA {
public:ClassA() {printf("Class A \n");}virtual ~ClassA() {std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(5));}virtual void func() = 0;
};class ClassB : public ClassA {
public:virtual ~ClassB() {printf("Class B \n");};virtual void func() override {printf("Class B func\n");}
};void func(ClassA *p) {while (1) {p->func();}
}int main(){std::cout << "Hello World!\n";ClassA* p = new ClassB;auto t = std::thread(func, p);std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));delete p;t.join();
}

  上面的代码中在析构函数中加了sleep函数来保证对象被析构过程中卡在基类的析构函数，第二个线程尝试访问该纯虚函数。
  再clang/gcc系列编译器上触发的是cxa_purer_virtual，而msvc触发的是_purecall。


extern "C" int __cdecl _purecall()
{_purecall_handler const purecall_handler = _get_purecall_handler();if (purecall_handler){purecall_handler();// The user-registered purecall handler should not return, but if it does,// continue with the default termination behavior.}abort();
}

这篇关于[crash] cxa_pure_virtual 崩溃分析与原理的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/416556。

相关文章

性能分析之MySQL索引实战案例

性能分析之MySQL索引实战案例

文章目录 一、前言二、准备三、MySQL索引优化四、MySQL 索引知识回顾五、总结 一、前言 在上一讲性能工具之 JProfiler 简单登录案例分析实战中已经发现SQL没有建立索引问题，本文将一起从代码层去分析为什么没有建立索引？ 开源ERP项目地址：https://gitee.com/jishenghua/JSH_ERP 二、准备 打开IDEA找到登录请求资源路径位置
阅读更多...
深入探索协同过滤：从原理到推荐模块案例

深入探索协同过滤：从原理到推荐模块案例

文章目录 前言一、协同过滤1. 基于用户的协同过滤（UserCF）2. 基于物品的协同过滤（ItemCF）3. 相似度计算方法 二、相似度计算方法1. 欧氏距离2. 皮尔逊相关系数3. 杰卡德相似系数4. 余弦相似度 三、推荐模块案例1.基于文章的协同过滤推荐功能2.基于用户的协同过滤推荐功能 前言     在信息过载的时代，推荐系统成为连接用户与内容的桥梁。本文聚焦于
阅读更多...
hdu4407(容斥原理)

hdu4407(容斥原理)

题意：给一串数字1,2，......n，两个操作:1、修改第k个数字，2、查询区间[l,r]中与n互质的数之和。 解题思路：咱一看，像线段树，但是如果用线段树做，那么每个区间一定要记录所有的素因子，这样会超内存。然后我就做不来了。后来看了题解，原来是用容斥原理来做的。还记得这道题目吗？求区间[1,r]中与p互质的数的个数，如果不会的话就先去做那题吧。现在这题是求区间[l,r]中与n互质的数的和
阅读更多...
SWAP作物生长模型安装教程、数据制备、敏感性分析、气候变化影响、R模型敏感性分析与贝叶斯优化、Fortran源代码分析、气候数据降尺度与变化影响分析

SWAP作物生长模型安装教程、数据制备、敏感性分析、气候变化影响、R模型敏感性分析与贝叶斯优化、Fortran源代码分析、气候数据降尺度与变化影响分析

查看原文>>>全流程SWAP农业模型数据制备、敏感性分析及气候变化影响实践技术应用 SWAP模型是由荷兰瓦赫宁根大学开发的先进农作物模型，它综合考虑了土壤-水分-大气以及植被间的相互作用；是一种描述作物生长过程的一种机理性作物生长模型。它不但运用Richard方程，使其能够精确的模拟土壤中水分的运动，而且耦合了WOFOST作物模型使作物的生长描述更为科学。 本文让更多的科研人员和农业工作者
阅读更多...
MOLE 2.5 分析分子通道和孔隙

MOLE 2.5 分析分子通道和孔隙

软件介绍 生物大分子通道和孔隙在生物学中发挥着重要作用，例如在分子识别和酶底物特异性方面。 我们介绍了一种名为 MOLE 2.5 的高级软件工具，该工具旨在分析分子通道和孔隙。 与其他可用软件工具的基准测试表明，MOLE 2.5 相比更快、更强大、功能更丰富。作为一项新功能，MOLE 2.5 可以估算已识别通道的物理化学性质。 软件下载 https://pan.quark.cn/s/57
阅读更多...
衡石分析平台使用手册-单机安装及启动

衡石分析平台使用手册-单机安装及启动

单机安装及启动​ 本文讲述如何在单机环境下进行 HENGSHI SENSE 安装的操作过程。 在安装前请确认网络环境，如果是隔离环境，无法连接互联网时，请先按照 离线环境安装依赖的指导进行依赖包的安装，然后按照本文的指导继续操作。如果网络环境可以连接互联网，请直接按照本文的指导进行安装。 准备工作​ 请参考安装环境文档准备安装环境。 配置用户与安装目录。 在操作前请检查您是否有 sud
阅读更多...
hdu4407容斥原理

hdu4407容斥原理

题意： 有一个元素为 1~n 的数列{An}，有2种操作（1000次）： 1、求某段区间 [a,b] 中与 p 互质的数的和。 2、将数列中某个位置元素的值改变。 import java.io.BufferedInputStream;import java.io.BufferedReader;import java.io.IOException;import java.io.Inpu
阅读更多...
hdu4059容斥原理

hdu4059容斥原理

求1-n中与n互质的数的4次方之和 import java.io.BufferedInputStream;import java.io.BufferedReader;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.io.InputStreamReader;import java.io.PrintWrit
阅读更多...
线性因子模型 - 独立分量分析（ICA）篇

线性因子模型 - 独立分量分析（ICA）篇

序言 线性因子模型是数据分析与机器学习中的一类重要模型，它们通过引入潜变量（ latent variables \text{latent variables} latent variables）来更好地表征数据。其中，独立分量分析（ ICA \text{ICA} ICA）作为线性因子模型的一种，以其独特的视角和广泛的应用领域而备受关注。 ICA \text{ICA} ICA旨在将观察到的复杂信号
阅读更多...
【软考】希尔排序算法分析

【软考】希尔排序算法分析

目录 1. c代码2. 运行截图3. 运行解析 1. c代码 #include <stdio.h>#include <stdlib.h> void shellSort(int data[], int n){// 划分的数组，例如8个数则为[4, 2, 1]int *delta;int k;// i控制delta的轮次int i;// 临时变量，换值int temp;in
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2