Dev 日志 | 一次 Segmentation Fault 和 GCC Illegal Instruction 编译问题排查

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摘要

笔者最近在重新整理和编译 Nebula Graph 的第三方依赖,选出两个比较有意思的问题给大家分享一下。

Flex Segmentation Fault——Segmentation fault (core dumped)

在编译 Flex 过程中,遇到了 Segmentation fault:

make[2]: Entering directory '/home/dutor/flex-2.6.4/src'
./stage1flex   -o stage1scan.c ./scan.l
make[2]: *** [Makefile:1696: stage1scan.c] Segmentation fault (core dumped)

使用 gdb 查看 coredump:

Core was generated by `./stage1flex -o stage1scan.c ./scan.l'.
Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault.
#0  flexinit (argc=4, argv=0x7ffd25bea718) at main.c:976
976             action_array[0] = '\0';
(gdb) disas
Dump of assembler code for function flexinit:
   0x0000556c1b1ae040 <+0>:     push   %r15
   0x0000556c1b1ae042 <+2>:     lea    0x140fd(%rip),%rax        # 0x556c1b1c2146
   ...
   0x0000556c1b1ae20f <+463>:   callq  0x556c1b1af460  #这里申请了buffer
   ...
=> 0x0000556c1b1ae24f <+527>:   movb   $0x0,(%rax) # 这里向buffer[0]写入一个字节,地址非法,挂掉了
   ...
(gdb) disas allocate_array
Dump of assembler code for function allocate_array:
   0x0000556c1b1af460 <+0>:     sub    $0x8,%rsp
   0x0000556c1b1af464 <+4>:     mov    %rsi,%rdx
   0x0000556c1b1af467 <+7>:     xor    %eax,%eax
   0x0000556c1b1af469 <+9>:     movslq %edi,%rsi
   0x0000556c1b1af46c <+12>:    xor    %edi,%edi
   0x0000556c1b1af46e <+14>:    callq  0x556c1b19a100  # 调用库函数申请内存
   0x0000556c1b1af473 <+19>:    test   %eax,%eax # 判断是否为 NULL
   0x0000556c1b1af475 <+21>:    je     0x556c1b1af47e # 跳转至NULL错误处理
   0x0000556c1b1af477 <+23>:    cltq   # 将 eax 符号扩展至 rax,造成截断
   0x0000556c1b1af479 <+25>:    add    $0x8,%rsp
   0x0000556c1b1af47d <+29>:    retq
   ...
End of assembler dump.

可以看到,问题出在了 allocate_array 函数。因为 reallocarray 返回指针,返回值应该使用 64 bit 寄存器rax,但 allocate_array 调用 reallocarray 之后,检查的却是 32 bit 的 eax,同时使用 cltq 指令将 eax 符号扩展 到 rax。原因只有一个:allocate_array 看到的 reallocarray 的原型,与 reallocarry 的实际定义不符。翻看编译日志,确实找到了 implicit declaration of function 'reallocarray' 相关的警告。configure 阶段添加 CFLAGS=-D_GNU_SOURCE 即可解决此问题。

注:此问题不是必现,但编译/链接选项 -pie 和 内核参数 kernel.randomize_va_space 有助于复现。

总结:

  • 隐式声明的函数在 C 中,返回值被认为是 int
  • 关注编译器告警,-Wall -Wextra 要打开,开发模式下最好打开 -Werror。

GCC Illegal Instruction——internal compiler error: Illegal instruction

前阵子,接到用户反馈,在编译 Nebula Graph 过程中遭遇了编译器非法指令的错误,详见(#978)[https://github.com/vesoft-inc/nebula/issues/978]

错误信息大概是这样的:

Scanning dependencies of target base_obj_gch
[ 0%] Generating Base.h.gch
In file included from /opt/nebula/gcc/include/c++/8.2.0/chrono:40,
from /opt/nebula/gcc/include/c++/8.2.0/thread:38,
from /home/zkzy/nebula/nebula/src/common/base/Base.h:15:
/opt/nebula/gcc/include/c++/8.2.0/limits:1599:7: internal compiler error: Illegal instruction
min() _GLIBCXX_USE_NOEXCEPT { return FLT_MIN; }
^~~
0xb48c5f crash_signal
../.././gcc/toplev.c:325
Please submit a full bug report,
with preprocessed source if appropriate.

既然是 internal compiler error,想必是 g++ 本身使用了非法指令。为了定位具体的非法指令集及其所属模块,我们需要复现这个问题。幸运的是,下面的代码片段就能触发:

#include 
int main() 
{
    return 0;
}

非法指令一定会触发 SIGILL,又因为 g++ 只是编译器的入口,真正干活的是 cc1plus。我们可以使用 gdb 来运行编译命令,抓住子进程使用非法指令的第一现场:

$ gdb --args /opt/nebula/gcc/bin/g++ test.cpp
gdb> set follow-fork-mode child
gdb> run
Starting program: /opt/nebula/gcc/bin/g++ test.cpp
[New process 31172]
process 31172 is executing new program: /opt/nebula/gcc/libexec/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/8.2.0/cc1plus
Thread 2.1 "cc1plus" received signal SIGILL, Illegal instruction.
[Switching to process 31172]
0x00000000013aa0fb in __gmpn_mul_1 ()
gdb> disas
...
0x00000000013aa086 <+38>: mulx (%rsi),%r10,%r8
...

Bingo!mulx 属于 BMI2 指令集,报错机器 CPU 不支持该指令集。
仔细调查,引入该指令集的是 GCC 的依赖之一,GMP。默认情况下,GMP 会在 configure 阶段探测当前机器的 CPU 具体类型,以期最大化利用 CPU 的扩展指令集,提升性能,但却牺牲了二进制的可移植性。解决方法是,在 configure 之前,使用代码目录中的 configfsf.guess configfsf.sub 替换或者覆盖默认的 config.guess 和 config.sub

总结:

  • 某些依赖可能因为性能或者配置的原因,造成二进制的不兼容。
  • 缺省参数下,GCC 为了兼容性,不会使用较新的指令集。
  • 为了平衡兼容性和性能,你需要做一些额外的工作,比如像 glibc 那样在运行时选择和绑定某个具体实现。

最后,如果你想尝试编译一下 Nebula 源代码可参考以下方式:

bash> git clone https://github.com/vesoft-inc/nebula.git
bash> cd nebula && ./build_dep.sh N

有问题请在 GitHub 或者微信公众号上留言,也可以添加 Nebula 小助手微信号:NebulaGraphbot 为好友反馈问题~

附录


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