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c - 根本原因导致分段错误

问题描述

背景

我已经使用MSYS2 (x86_64)在 Windows 机器上构建了qemu-system-x86_64.exe，并且正在调试尝试运行它时发生的分段错误。 实际上我不认为这个问题与 QEMU 或 MSYS2 有关，它是调试分段错误和可能错误代码生成的问题。

调试分段错误

segmentation fault程序一开始就因错误而崩溃。
使用 gdb 运行时，我发现以下内容：

Starting program: C:\msys64\home\Administrator\qemu\x86_64-softmmu\qemu-system-x86_64.exe
[New Thread 4656.0x1194]

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00000000007d3254 in getpagesize () at util/oslib-win32.c:535
535     {

(gdb) bt
#0  0x00000000007d3254 in getpagesize () at util/oslib-win32.c:535
#1  0x000000000086dd39 in init_real_host_page_size () at util/pagesize.c:16
#2  0x00000000007ea1b2 in __do_global_ctors ()
    at C:/repo/mingw-w64-crt-git/src/mingw-w64/mingw-w64-crt/crt/gccmain.c:67
#3  0x00000000007ea20f in __main ()
    at C:/repo/mingw-w64-crt-git/src/mingw-w64/mingw-w64-crt/crt/gccmain.c:83
#4  0x000000000040137f in __tmainCRTStartup ()
    at C:/repo/mingw-w64-crt-git/src/mingw-w64/mingw-w64-crt/crt/crtexe.c:329
#5  0x00000000004014db in WinMainCRTStartup ()
    at C:/repo/mingw-w64-crt-git/src/mingw-w64/mingw-w64-crt/crt/crtexe.c:195

这很奇怪。
程序在运行 __do_global_ctors 并调用init_real_host_page_size()which calls时崩溃getpagesize()。这些是非常简单的功能：

uintptr_t qemu_real_host_page_size;
intptr_t qemu_real_host_page_mask;

static void __attribute__((constructor)) init_real_host_page_size(void)
{
    qemu_real_host_page_size = getpagesize();
    qemu_real_host_page_mask = -(intptr_t)qemu_real_host_page_size;
}

...

int getpagesize(void)
{
    SYSTEM_INFO system_info;

    GetSystemInfo(&system_info);
    return system_info.dwPageSize;
}

getpagesize()在函数开始时崩溃，甚至在它调用GetSystemInfo.
这是该代码片段和寄存器值的反汇编：

(gdb) disassem
Dump of assembler code for function getpagesize:
   0x00000000007d3250 <+0>:     sub    $0x68,%rsp
=> 0x00000000007d3254 <+4>:     mov    %fs:0x0,%rax
   0x00000000007d325d <+13>:    mov    %rax,0x58(%rsp)
   0x00000000007d3262 <+18>:    xor    %eax,%eax
   0x00000000007d3264 <+20>:    lea    0x20(%rsp),%rcx
   0x00000000007d3269 <+25>:    callq  *0x68e8b9(%rip)        # 0xe61b28 <__imp_GetSystemInfo>
   0x00000000007d326f <+31>:    mov    0x24(%rsp),%eax
   0x00000000007d3273 <+35>:    mov    0x58(%rsp),%rdx
   0x00000000007d3278 <+40>:    xor    %fs:0x0,%rdx
   0x00000000007d3281 <+49>:    jne    0x7d3288 <getpagesize+56>
   0x00000000007d3283 <+51>:    add    $0x68,%rsp
   0x00000000007d3287 <+55>:    retq
   0x00000000007d3288 <+56>:    callq  0x85bde0 <__stack_chk_fail>
   0x00000000007d328d <+61>:    nop
End of assembler dump.
(gdb) info registers
rax            0x6f4b868           116701288
rbx            0x86ec10            8842256
rcx            0x6f4b8b8           116701368
rdx            0xe5a780            15050624
rsi            0x86e220            8839712
rdi            0x6f4ad50           116698448
rbp            0x6f4ad10           0x6f4ad10
rsp            0x22fd80            0x22fd80
r8             0x0                 0
r9             0x0                 0
r10            0x5000016b          1342177643
r11            0x22f9d8            2292184
r12            0x0                 0
r13            0x10                16
r14            0x0                 0
r15            0x0                 0
rip            0x7d3254            0x7d3254 <getpagesize+4>
eflags         0x10202             [ IF RF ]
cs             0x33                51
ss             0x2b                43
ds             0x2b                43
es             0x2b                43
fs             0x53                83
gs             0x2b                43

看起来内存访问有问题mov %fs:0x0,%rax。
谁将FS设置为83？

(gdb) starti
Starting program: C:\msys64\home\Administrator\qemu\x86_64-softmmu\qemu-system-x86_64.exe
[New Thread 3508.0x14b0]

Program stopped.
0x00000000778b6fb1 in ntdll!CsrSetPriorityClass ()
   from C:\Windows\SYSTEM32\ntdll.dll
(gdb) p $fs
$1 = 83
(gdb) watch $fs
Watchpoint 1: $fs
(gdb) c
Continuing.

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00000000007d3254 in getpagesize () at util/oslib-win32.c:535
535     {

没人套FS！

问题

标签： cgccgdbqemumsys2

解决方案

FS 是一个 x86 段寄存器。这些通常不是由用户程序设置，而是由操作系统或运行时库设置，用于各种特殊目的。例如，在 Windows x86-64 上，GS 用于指向每个线程的数据块：https ://en.wikipedia.org/wiki/Win32_Thread_Information_Block （并且不使用 FS）。

在这种情况下，问题是您正在使用的 GCC 8 编译器中的错误：https ://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=86832

在某些情况下，此编译器生成的代码假定 FS 已设置为“native TLS”，这是错误的，因为 MINGW 不支持“native TLS”并且 FS 未设置为任何有用的值。

解决方法是避免使用 -fstack-protector-strong 编译器选项进行编译。对于 QEMU，您可以通过配置标志 --disable-stack-protector 来做到这一点。

（PS：如果你想知道我是如何确定这个段错误的原因的：我用谷歌搜索了“qemu-devel sigsegv getpagesize”，它打开了一个邮件列表线程，其他人遇到并报告了这个错误，问题被诊断出来并找到的 GCC 错误的链接。）

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