Linux Dev 日志 | 一次 Segmentation Fault 和 GCC Illegal Instruction 编译问题排查
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 <allocate_array> #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 <reallocarray@plt> # 调用库函数申请内存
0x0000556c1b1af473 <+19>: test %eax,%eax # 判断是否为 NULL
0x0000556c1b1af475 <+21>: je 0x556c1b1af47e <allocate_array+30># 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 <thread>
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。
附录
- Nebula Graph：一个开源的分布式图数据库
- GitHub：https://github.com/vesoft-inc/nebula
- 知乎：zhihu.com/org/nebulagraph/posts
- 微博：weibo.com/nebulagraph
