Android NDK开发Crash错误定位

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       在Android开发中,程序Crash分3种情况:未捕获的异常、ANR(Application Not Responding)和闪退(NDK引发毛病)。其中未捕获的异常根据logcat打印的堆栈信息很容易定位毛病。ANR毛病也好查,Android规定,利用与用户进行交互时,如果5秒内没有响利用户的操作,则会引发ANR毛病,并弹出1个系统提示框,让用户选择继续等待或立即关闭程序。并会在/data/anr目录下生成1个traces.txt文件,记录系统产生anr异常的堆栈和线程信息。如果是闪退这问题比较难查,通常是项目中用到了NDK引发某类致命的毛病致使闪退。由于NDK是使用C/C++来进行开发,熟习C/C++的程序员都知道,指针和内存管理是最重要也是最容易出问题的地方,稍有不慎就会遇到诸如内存地址访问毛病、使用野针对、内存泄漏、堆栈溢出、初始化毛病、类型转换毛病、数字除0等常见的问题,致使最后都是同1个结果:程序崩溃。不会像在Java层产生的异常时弹出“xxx程序无响应,是不是立即关闭”之类的提示框。当产生NDK毛病后,logcat打印出来的那堆日志根据看不懂,更别想从日志当中定位毛病的本源,让我经常有点抓狂,火冒3丈,喝多少加多宝都不管用。当时尝试过在各个jni函数中打印日志来跟踪问题,那效力实在是太低了,而且还定位不到问题。还好老天有眼,让我找到了NDK提供的几款调试工具,能够精确的定位到产生毛病的本源。

       NDK安装包中提供了3个调试工具:addr2line、objdump和ndk-stack,其中ndk-stack放在$NDK_HOME目录下,与ndk-build同级目录。addr2line和objdump在ndk的交叉编译器工具链目录下,下面是我本机NDK交叉编译器工具链的目录结构:

从上图的目录结构中可以看出来,NDK针对不同的CPU架构实现了多套相同的工具。所以在选择addr2line和objdump工具的时候,要根据你目标机器的CPU架构来选择。如果是arm架构,选择arm-linux-androidabi⑷.6/4.8(1般选择高版本)。x86架构,选择x86⑷.6/4.8。mipsel架构,选择mipsel-linux-android⑷.6/4.8。如果不知道目标机器的CPU架构,把手机连上电脑,用adb
shell cat /proc/cpuinfo可以查看手机的CPU信息。下图是我本机的arm架构工具链目录结构:



下面通过NDK自带的例子hello-jni项目来演示1下如何精确的定位毛病

#include <string.h>
#include <jni.h>
// hell-jni.c
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
void willCrash()
{
int i = 10;
int y = i / 0;
}

JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
willCrash();
return JNI_VERSION_1_4;
}

jstring
Java_com_example_hellojni_HelloJni_stringFromJNI( JNIEnv* env,
jobject thiz )
{
// 此处省略实现逻辑。。。
}

#ifdef __cplusplus
}
#endif

第7行定义了1个willCrash函数,函数中有1个除0的非法操作,会造成程序崩溃。第13行JNI_OnLoad函数中调用了willCrash,这个函数会在Java加载完.so文件以后回调,也就是说程序1启动就会崩溃。下面是运行程序后打印的log:

01-01 17:59:38.246: D/dalvikvm(20794): Late-enabling CheckJNI
01-01 17:59:38.246: I/ActivityManager(1185):
Start proc com.example.hellojni for activity com.example.hellojni/.HelloJni: pid=20794 uid=10351 gids={50351, 1028, 1015}
01-01 17:59:38.296: I/dalvikvm(20794): Enabling JNI app bug workarounds for target SDK version 3…
01-01 17:59:38.366: D/dalvikvm(20794): Trying to load lib /data/app-lib/com.example.hellojni⑴/libhello-jni.so 0x422a4f58
01-01 17:59:38.366: D/dalvikvm(20794): Added shared lib /data/app-lib/com.example.hellojni⑴/libhello-jni.so 0x422a4f58
01-01 17:59:38.366: A/libc(20794): Fatal signal 8 (SIGFPE) at 0x0000513a (code=⑹), thread 20794 (xample.hellojni)
01-01 17:59:38.476: I/DEBUG(253): pid: 20794, tid: 20794, name: xample.hellojni >>> com.example.hellojni <<<
01-01 17:59:38.476: I/DEBUG(253): signal 8 (SIGFPE), code ⑹ (SI_TKILL), fault addr 0000513a
01-01 17:59:38.586: I/DEBUG(253): r0 00000000 r1 0000513a r2 00000008 r3 00000000
01-01 17:59:38.586: I/DEBUG(253): r4 00000008 r5 0000000d r6 0000513a r7 0000010c
01-01 17:59:38.586: I/DEBUG(253): r8 75226d08 r9 00000000 sl 417c5c38 fp bedbf134
01-01 17:59:38.586: I/DEBUG(253): ip 41705910 sp bedbf0f0 lr 4012e169 pc 4013d10c cpsr 000f0010
// 省略部分日志 。。。。。。
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): backtrace:
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): #00 pc 0002210c /system/lib/libc.so (tgkill+12)
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): #01 pc 00013165 /system/lib/libc.so (pthread_kill+48)
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): #02 pc 00013379 /system/lib/libc.so (raise+10)
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): #03 pc 00000e80 /data/app-lib/com.example.hellojni⑴/libhello-jni.so (__aeabi_idiv0+8)
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): #04 pc 00000cf4 /data/app-lib/com.example.hellojni⑴/libhello-jni.so (willCrash+32)
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): #05 pc 00000d1c /data/app-lib/com.example.hellojni⑴/libhello-jni.so (JNI_OnLoad+20)
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): #06 pc 00052eb1 /system/lib/libdvm.so (dvmLoadNativeCode(char const*, Object*, char**)+468)
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): #07 pc 0006a62d /system/lib/libdvm.so
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): // 省略部分日志 。。。。。。
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): stack:
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): bedbf0b0 71b17034 /system/lib/libsechook.so
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): bedbf0b4 7521ce28
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): bedbf0b8 71b17030 /system/lib/libsechook.so
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): bedbf0bc 4012c3cf /system/lib/libc.so (dlfree+50)
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): bedbf0c0 40165000 /system/lib/libc.so
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): // 省略部分日志 。。。。。。
01-01 17:59:38.736: W/ActivityManager(1185): Force finishing activity com.example.hellojni/.HelloJni

日志分析:

第3行开始启动利用,第5行尝试加载利用数据目录下的so,第6行在加载so文件的时候产生了1个致命的毛病,第7行的Fatal signal 8提示这是1个致命的毛病,这个信号是由linux内核发出来的,信号8的意思是浮点数运算异常,应当是在willCrash函数中做除0操作所产生的。下面重点看第15行backtrace的日志,backtrace日志可以看做是JNI调用的堆栈信息,以“#两位数字
pc”开头的都是backtrace日志。注意看第20行和21行,是我们自己编译的so文件和定义的两个函数,在这里引发了异常,致使程序崩溃

01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): #04 pc 00000cf4 /data/app-lib/com.example.hellojni⑴/libhello-jni.so (willCrash+32)
01-01 17:59:38.596: I/DEBUG(253): #05 pc 00000d1c /data/app-lib/com.example.hellojni⑴/libhello-jni.so (JNI_OnLoad+20)

开始有些眉目了,但具体崩在这两个函数的哪一个位置,我们是不肯定的,如果函数代码比较少还好查,如果比较复杂的话,查起来也费力。这时候候就需要靠NDK为我们提供的工具来精肯定位了。在这之前,我们先记录下让程序崩溃的汇编指令地址,willCrash:00000cf4,JNI_OnLoad:00000d1c

方式1:使用arm-linux-androideabi-addr2line  定位出错位置
以arm架构的CPU为例,履行以下命令:

/Users/yangxin/Documents/devToos/java/android-ndk-r9d/toolchains/arm-linux-androideabi⑷.8/prebuilt/darwin-x86_64/bin/arm-linux-androideabi-addr2line -e /Users/yangxin/Documents/devToos/java/android-ndk-r9d/samples/hello-jni/obj/local/armeabi-v7a/libhello-jni.so 00000cf4 00000d1c

-e:指定so文件路径

0000cf4 0000d1c:出错的汇编指令地址

结果以下:

是否是欣喜的看到我们想要的结果了,分别在hello-jni.c的10和15行的出的错,再回去看看hello-jni.c的源码,15行的Jni_OnLoad函内调用了willCrash函数,第10行做了除0的操作引发的crash。

方式2:使用arm-linux-androideabi-objdump  定位出错的函数信息

在第1种方式中,通过addr2lin已获得到了代码出错的位置,但是不知道函数的上下文信息,显得有点不是那末的“完善”,对寻求极致的我来讲,这明显是不够的,下面我们来看1下怎样来定位函数的信息。
首先使用以下命令导出so的函数表信息:

/Users/yangxin/Documents/devToos/java/android-ndk-r9d/toolchains/arm-linux-androideabi⑷.8/prebuilt/darwin-x86_64/bin/arm-linux-androideabi-objdump -S -D /Users/yangxin/Documents/devToos/java/android-ndk-r9d/samples/hello-jni/obj/local/armeabi-v7a/libhello-jni.so > Users/yangxin/Desktop/dump.log

在生成的asm文件中,找出我们开始定位到的那两个出错的汇编指令地址(在文件中搜索cf4或willCrash可以找到),以下图所示:

通过这类方式,也能够查出这两个出错的指针地址分别位于哪一个函数中。

方式3:ndk-stack

如果你觉得上面的方法太麻烦的话,ndk-stack可以帮你减轻操作步聚,直接定位到代码出错的位置。

实时分析日志:

使用adb获得logcat的日志,并通过管道输出给ndk-stack分析,并指定包括符号表的so文件位置。如果程序包括多种CPU架构,需要根据手机的CPU类型,来选择不同的CPU架构目录。以armv7架构为例,履行以下命令:

adb logcat | ndk-stack -sym /Users/yangxin/Documents/devToos/java/android-ndk-r9d/samples/hello-jni/obj/local/armeabi-v7a

当程序产生crash时,会输出以下信息:

pid: 22654, tid: 22654, name: xample.hellojni >>> com.example.hellojni <<<
signal 8 (SIGFPE), code ⑹ (SI_TKILL), fault addr 0000587e
Stack frame #00 pc 0002210c /system/lib/libc.so (tgkill+12)
Stack frame #01 pc 00013165 /system/lib/libc.so (pthread_kill+48)
Stack frame #02 pc 00013379 /system/lib/libc.so (raise+10)
Stack frame #03 pc 00000e80 /data/app-lib/com.example.hellojni⑴/libhello-jni.so (__aeabi_idiv0+8): Routine __aeabi_idiv0 at /s/ndk-toolchain/src/build/../gcc/gcc⑷.6/libgcc/../gcc/config/arm/lib1funcs.asm:1270
Stack frame #04 pc 00000cf4 /data/app-lib/com.example.hellojni⑴/libhello-jni.so (willCrash+32): Routine willCrash at /Users/yangxin/Documents/devToos/java/android-ndk-r9d/samples/hello-jni/jni/hello-jni.c:10
Stack frame #05 pc 00000d1c /data/app-lib/com.example.hellojni⑴/libhello-jni.so (JNI_OnLoad+20): Routine JNI_OnLoad at /Users/yangxin/Documents/devToos/java/android-ndk-r9d/samples/hello-jni/jni/hello-jni.c:15
Stack frame #06 pc 00052eb1 /system/lib/libdvm.so (dvmLoadNativeCode(char const*, Object*, char**)+468)
Stack frame #07 pc 0006a62d /system/lib/libdvm.so

第7行和第8行分别打印出了在源文件中出错的位置,和addr2line得到的结果1样。

先获得日志再分析:
这类方式和上面的方法差不多,只是获得log的来源不1样。适用于利用或游戏给测试部们测试的时候,测试人员发现crash,用adb logcat保存日志文件,然后发给程序员通过ndk-stack命令分析。操作流程以下:

adb logcat > crash.log
adb logcat | ndk-stack -sym /Users/yangxin/Documents/devToos/java/android-ndk-r9d/samples/hello-jni/obj/local/armeabi-v7a -dump crash.log

得到的结果和上面的方式是1样的。


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