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打印函数调用堆栈

陈显锋 — Fri, 18 May 2012 14:39:00 GMT

在编写Java程序时，Exception类的printStacktrace()可以打印异常堆栈，这个小工具极大的提高了调试效率；虽然不是一个好习惯，却很实用。习惯了Java编程，很希望 C/C++里也有这样的小工具可以帮助调试程序.

经过几天查找，发现其实每个系统都提供了打印调用堆栈的函数；这些函数是系统相关，这里仅以Linux下的函数作说明.

Linux中共提供了三个函数用于打印调用堆栈：

1/*
2* 函数说明：取得当前函数的调用堆栈
3* 参数：
4*     buffer：用于存储函数地址的数组
5*     size：buffer数组的长度
6* 返回值：
7*      存储到数组中的函数个数
8*/
9int backtrace(void **buffer, int size);
10
11/*
12*
13* 函数说明：将一组函数地址转换为字符串
14* 参数:
15*      buffer: 经由backtrace得到的函数地址
16*      size: buffer数组的长度
17* 返回值:
18*       函数在系统中对应用字符串
19*/
20char **backtrace_symbols(void *const *buffer, int size);
21
22/*
23* 函数说明：将一组函数地址转换为字符串
24* 参数:
25*      buffer: 经由backtrace得到的函数地址
26*      size: buffer数组的长度
27*      fd: 输出结果文件描述符
28*/
29void backtrace_symbols_fd(void *const *buffer, int size, int fd);
30
31
32 示例程序：
33
34?1
352
363
374
385
396
407
418
429
4310
4411
4512
4613
4714
4815
4916
5017
5118
5219
5320
5421
5522
5623
5724
5825
5926
6027
6128 #include <execinfo.h>
62#include <stdio.h>
63#include <stdlib.h>
64#include <unistd.h>
65
66void myfunc3(void)
67{
68    int j, nptrs;
69    #define SIZE 100
70    void *buffer[100];
71    char **strings;
72
73    nptrs = backtrace(buffer, SIZE);
74    printf("backtrace() returned %d addresses\n", nptrs);
75
76    backtrace_symbols_fd(buffer, nptrs, STDOUT_FILENO);
77}
78
79void myfunc(void)
80{
81    myfunc3();
82}
83
84int main(int argc, char *argv[])
85{
86    myfunc();
87    return 0;
88}
89

程序运行结果：

[dma@bp860-10 ~]$ g++ -rdynamic t.cpp -o t #这里的参数 -rdynamic 是必须

[dma@bp860-10 ~]$ ./t
backtrace() returned 5 addresses
./t(_Z7myfunc3v+0x1c)[0x4008c4]
./t(_Z6myfuncv+0x9)[0x4008f9]
./t(main+0x14)[0x400910]
/lib64/tls/libc.so.6(__libc_start_main+0xdb)[0x3f37c1c40b]
./t(__gxx_personality_v0+0x3a)[0x40081a]
[dma@bp860-10 ~]$

虽然现在的程序可以输出函数调用的堆栈，但是函数多了一些前缀，比如：./t(_Z7myfunc3v+0x1c)；这个问题可以通过c++fileter这个工具来解决：

[dma@bp860-10 ~]$ ./t | c++filt
./t(myfunc3()+0x1c)[0x4008c4]
./t(myfunc()+0x9)[0x4008f9]
./t(main+0x14)[0x400910]
/lib64/tls/libc.so.6(__libc_start_main+0xdb)[0x3f37c1c40b]
./t(__gxx_personality_v0+0x3a)[0x40081a]
backtrace() returned 5 addresses

陈显锋 2012-05-18 22:39 发表评论

打印函数调用堆栈并具体位置

陈显锋 — Mon, 23 Apr 2012 08:34:00 GMT

1 #include <stdio.h>
2 #include <execinfo.h>
3
4 void print_trace(void);
5 void funcC()
6         {    /* 打印调用堆栈，看看谁调用了本函数 */
7     print_trace();
8 }
9 void funcB()
10  {
11      funcC();
12  }
13  void funcA()
14  {
15      funcB();
16  }
17  int main (void)
18  {
19      funcA();
20      return 0;
21  }
22  void print_trace(void)
23  {
24      int i;
25      const int MAX_CALLSTACK_DEPTH = 32;    /* 需要打印堆栈的最大深度 */
26      void *traceback[MAX_CALLSTACK_DEPTH];  /* 用来存储调用堆栈中的地址 */
27     /* 利用 addr2line 命令可以打印出一个函数地址所在的源代码位置
28      * 调用格式为： addr2line -f -e /tmp/a.out 0x400618
29      * 使用前，源代码编译时要加上 -rdynamic -g 选项
30      */
31     char cmd[512] = "addr2line -f -e ";
32     char *prog = cmd + strlen(cmd);
33     /* 得到当前可执行程序的路径和文件名 */
34     int r = readlink("/proc/self/exe",prog,sizeof(cmd)-(prog-cmd)-1);
35     /* popen会fork出一个子进程来调用/bin/sh, 并执行cmd字符串中的命令，
36      * 同时，会创建一个管道，由于参数是'w', 管道将与标准输入相连接，
37      * 并返回一个FILE的指针fp指向所创建的管道，以后只要用fp往管理里写任何内容，
38      * 内容都会被送往到标准输入，
39      * 在下面的代码中，会将调用堆栈中的函数地址写入管道中，
40      * addr2line程序会从标准输入中得到该函数地址，然后根据地址打印出源代码位置和函数名。
41      */
42     FILE *fp = popen(cmd, "w");
43  /* 得到当前调用堆栈中的所有函数地址，放到traceback数组中 */
44     int depth = backtrace(traceback, MAX_CALLSTACK_DEPTH);
45     for (i = 0; i < depth; i++)
46     {
47         /* 得到调用堆栈中的函数的地址，然后将地址发送给 addr2line */
48         fprintf(fp, "%p/n", traceback[i]);
49         /* addr2line 命令在收到地址后，会将函数地址所在的源代码位置打印到标准输出 */
50     }
51     fclose(fp);
52 }

陈显锋 2012-04-23 16:34 发表评论

MTD

陈显锋 — Sun, 25 Mar 2012 07:11:00 GMT

MTD(memory technology device内存技术设备)是用于访问memory设备（ROM、flash）的Linux的子系统。MTD的主要目的是为了使新的memory设备的驱动更加简单，为此它在硬件和上层之间提供了一个抽象的接口。MTD的所有源代码在/drivers/mtd子目录下。CFI接口的MTD设备分为四层（从设备节点直到底层硬件驱动），这四层从上到下依次是：设备节点、MTD设备层、MTD原始设备层和硬件驱动层。

　　MTD原始设备描述

　　所有组成MTD原始设备的Flash芯片必须是同类型（无论是interleave还是地址相连），在描述MTD原始设备数据结构中采用同一结构描述组成Flash芯片。每个MTD原始设备有一个mtd_info结构，其中的priv指针指向一个map_info结构，map_info结构中的fldrv_priv指向一个cfi_private结构，cfi_private结构的cfiq指针指向一个cfi_ident结构，chips指针指向一个flchip结构的数组。其中mtd_info、map_info和cfi_private结构用于描述MTD原始设备，因为组成MTD原始设备的NOR型Flash相同，cfi_ident结构用于描述Flash芯片信息；而flchip结构用于描述每个Flash芯片专有信息。

　　根文件系统

　　文件系统

　　字符设备节点

　　MTD字符设备

　　MTD块设备

　　MTD原始设备

　　FLASH硬件驱动

　　块设备节点

　　一、Flash硬件驱动层：硬件驱动层负责在init时驱动Flash硬件，Linux MTD设备的NOR　Flash芯片驱动遵循CFI接口标准，其驱动程序位于drivers/mtd/chips子目录下。NAND型Flash的驱动程序则位于/drivers/mtd/nand子目录下

　　二、MTD原始设备：原始设备层有两部分组成，一部分是MTD原始设备的通用代码，另一部分是各个特定的Flash的数据，例如分区。

　　用于描述MTD原始设备的数据结构是mtd_info，这其中定义了大量的关于MTD的数据和操作函数。mtd_table（mtdcore.c）则是所有MTD原始设备的列表，mtd_part（mtd_part.c）是用于表示MTD原始设备分区的结构，其中包含了mtd_info，因为每一个分区都是被看成一个MTD原始设备加在mtd_table中的，mtd_part.mtd_info中的大部分数据都从该分区的主分区mtd_part->master中获得。

　　在drivers/mtd/maps/子目录下存放的是特定的flash的数据，每一个文件都描述了一块板子上的flash。其中调用add_mtd_device()、del_mtd_device()建立/删除 mtd_info结构并将其加入/删除mtd_table（或者调用add_mtd_partition()、del_mtd_partition() （mtdpart.c）建立/删除mtd_part结构并将mtd_part.mtd_info加入/删除mtd_table 中）。

　　三、MTD设备层：基于MTD原始设备，linux系统可以定义出MTD的块设备（主设备号31）和字符设备（设备号90）。MTD字符设备的定义在mtdchar.c中实现，通过注册一系列file operation函数（lseek、open、close、read、write）。MTD块设备则是定义了一个描述MTD块设备的结构 mtdblk_dev，并声明了一个名为mtdblks的指针数组，这数组中的每一个mtdblk_dev和mtd_table中的每一个 mtd_info一一对应。

　　四、设备节点：通过mknod在/dev子目录下建立MTD字符设备节点（主设备号为90）和MTD块设备节点（主设备号为31），通过访问此设备节点即可访问MTD字符设备和块设备。

　　五、根文件系统：在Bootloader中将JFFS（或JFFS2）的文件系统映像jffs.image（或jffs2.img）烧到flash的某一个分区中，在/arch/arm/mach-your/arch.c文件的 your_fixup函数中将该分区作为根文件系统挂载。

　　六、文件系统：内核启动后，通过mount 命令可以将flash中的其余分区作为文件系统挂载到mountpoint上。

　　设备层和原始设备层的函数调用关系（红色部分需要我们实现）：

　　一个MTD原始设备可以通过mtd_part分割成数个MTD原始设备注册进 mtd_table，mtd_table中的每个MTD原始设备都可以被注册成一个MTD设备，其中字符设备的主设备号为90，次设备号为0、2、4、 6…（奇数次设备号为只读设备），块设备的主设备号为31，次设备号为0、1、2、3…

　　mtd_notifier mtd_notifier

　　字符设备 mtd_fops 块设备 mtd_fops

　　（mtdchar.c）（mtdblock.c） mtdblks

　　设备层

　　register_mtd_user()

　　get_mtd_device()

　　unregister_mtd_user()

　　put_mtd_device()

　　erase_info

　　mtd_notifiers

　　mtd_table

　　mtd_info

　　mtd_part

　　（mtdcore.c）

　　（mtdpart.c）

　　Your Flash

　　（your-flash.c）

　　add_mtd_partitions()

　　del_mtd_partitions()

　　原始设备层 add_mtd_device()

　　del_mtd_device()

　　mtd_partition

　　NOR型Flash芯片驱动与MTD原始设备

　　所有的NOR型Flash的驱动（探测probe）程序都放在 drivers/mtd/chips下，一个MTD原始设备可以由一块或者数块相同的Flash芯片组成。假设由4块devicetype为x8的 Flash，每块大小为8M，interleave为2，起始地址为0x01000000，地址相连，则构成一个MTD原始设备（0x01000000-0x03000000），其中两块interleave成一个chip，其地址从0x01000000到0x02000000，另两块interleave成一个chip，其地址从0x02000000到0x03000000。

　　请注意，所有组成一个MTD原始设备的Flash芯片必须是同类型的（无论是interleave还是地址相连），在描述MTD原始设备的数据结构中也只是采用了同一个结构来描述组成它的Flash芯片。

　　0x03000000

　　0x02000000

　　0x01000000

　　每个MTD原始设备都有一个mtd_info 结构，其中的priv指针指向一个map_info结构，map_info结构中的fldrv_priv指向一个cfi_private结构，cfi_private结构的cfiq指针指向一个cfi_ident结构，chips指针指向一个flchip结构的数组。其中mtd_info、 map_info和cfi_private结构用于描述MTD原始设备；因为组成MTD原始设备的NOR型Flash相同，cfi_ident结构用于描述Flash芯片的信息；而flchip结构用于描述每个Flash芯片的专有信息（比如说起始地址）

陈显锋 2012-03-25 15:11 发表评论

重叠I/O模型

陈显锋 — Sun, 25 Mar 2012 06:29:00 GMT

一． 重叠I/O的概念及使用

当调用ReadFile和WriteFile时，如果最后一个参数lpOverlapped设置为NULL，那么线程就阻塞在这里，直到读写完指定的数据后，它们才返回。这样在读写大文件的时候，很多时间都浪费在等待ReadFile和WriteFile的返回上面。如果ReadFile和WriteFile是往管道里读写数据，那么有可能阻塞得更久，导致程序性能下降。

为了解决这个问题，windows引进了重叠I/O的概念，它能够同时以多个线程处理多个I/O。其实你自己开多个线程也可以处理多个I/O，但是系统内部对I/O的处理在性能上有很大的优化。它是Windows下实现异步I/O最常用的方式。因此重叠I/O即是系统会开启另外的线程来完成I/O的处理，而使自己的线程不被阻塞，继续运行。

Windows为几乎全部类型的文件提供这个工具：磁盘文件、通信端口、命名管道和套接字。通常，使用ReadFile和WriteFile就可以很好地执行重叠I/O。

重叠模型的核心是一个重叠数据结构。若想以重叠方式使用文件，必须用 FILE_FLAG_OVERLAPPED 标志打开它，例如：

HANDLE hFile = CreateFile(lpFileName, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL);

如果没有规定该标志，则针对这个文件（句柄）,重叠I/O是不可用的。如果设置了该标志，当调用ReadFile和WriteFile操作这个文件（句柄）时，必须为最后一个参数提供OVERLAPPED结构：

// WINBASE.H

typedef struct _OVERLAPPED{

DWORD Internal;

DWORD InternalHigh;

DWORD Offset;

DWORD OffsetHigh;

HANDLE hEvent; //关键的一个参数

}OVERLAPPED, *LPOVERLAPPED;

头两个32位的结构字Internal和InternalHigh由系统内部使用；其次两个32位结构字Offset和OffsetHigh使得可以设置 64位的偏移量，该偏移量是要文件中读或写的地方。

因为I/O异步发生，就不能确定操作是否按顺序完成。因此，这里没有当前位置的概念。对于文件的操作，总是规定该偏移量。在数据流下（如COM端口或socket），没有寻找精确偏移量的方法，所以在这些情况中，系统忽略偏移量。这四个字段不应由应用程序直接进行处理或使用，OVERLAPPED结构的最后一个参数是可选的事件句柄。稍后会提到怎样使用这个参数来设定事件通知完成I/O,现在，假定该句柄是NULL。

设置了OVERLAPPED参数后，ReadFile/WriteFile的调用会立即返回，这时候你可以去做其他的事（所谓异步），系统会自动替你完成ReadFile/WriteFile相关的I/O操作。你也可以同时发出几个ReadFile/WriteFile的调用（所谓重叠）。当系统完成I/O操作时，会将OVERLAPPED.hEvent置信，我们可以通过调用WaitForSingleObject/WaitForMultipleObjects由此可以看出，来等待这个I/O完成通知，在得到通知信号后，就可以调用GetOverlappedResult来查询I/O操作的结果，并进行相关处理。OVERLAPPED结构在一个重叠I/O请求的初始化及其后续的完成之间，提供了一种沟通或通信机制。

以Win32重叠I/O机制为基础，自Winsock 2发布开始，重叠I/O便已集成到新的Winsock函数中，比如WSARecv/WSASend。这样一来，重叠I/O模型便能适用于安装了Winsock 2的所有Windows平台。可以一次投递一个或多个Winsock I/O请求。针对那些提交的请求，在它们完成之后，应用程序可为它们提供服务（对I/O的数据进行处理）。

相应的，要想在一个套接字上使用重叠I/O模型来处理网络数据通信，首先必须使用 WSA_FLAG_OVERLAPPED这个标志来创建一个套接字。如下所示：

SOCKET s = WSASocket(AF_INET, SOCK_STEAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);

创建套接字的时候，假如使用的是socket函数，而非WSASocket函数，那么会默认设置WSA_FLAG_OVERLAPPED标志。成功创建好了一个套接字，将其与一个本地接口绑定到一起后，便可开始进行这个套接字上的重叠I/O操作，方法是调用下述的Winsock 2函数，同时为它们指定一个WSAOVERLAPPED结构参数（#define WSAOVERLAPPED OVERLAPPED// WINSOCK2.H）：

n WSASend

n WSASendTo

n WSARecv

n WSARecvFrom

n WSAIoctl

n AcceptEx

n TransmitFile

若随一个WSAOVERLAPPED结构一起调用这些函数，函数会立即返回，无论套接字是否设为锁定模式。它们依赖于WSAOVERLAPPED结构来返回一个I/O请求操作的结果。

比起阻塞、select、WSAAsyncSelect以及WSAEventSelect等模型，Winsock的重叠I/O(Overlapped I/O)模型使应用程序能达到更佳的系统性能。因为它和这4种模型不同的是，使用重叠模型的应用程序通知缓冲区收发系统直接使用数据。也就是说，如果应用程序投递了一个10KB大小的缓冲区来接收数据，且数据已经到达套接字，则该数据将直接被拷贝到投递的缓冲区。而这4种模型中，数据到达并拷贝到单套接字接收缓冲区中，此时应用程序会被系统通知可以读入的字节数。当应用程序调用接收函数之后，数据才从单套接字缓冲区拷贝到应用程序的缓冲区。这样就减少了一次从I/O缓冲区到应用程序缓冲区的拷贝，差别就在于此。此处难以理解，可以简单的认为重叠操作使系统来完成数据的接受和发送，使用一个缓冲区。而其它使用两个缓冲区，且必须有应用程序来完成数据的拷贝工作。

在Windows NT和Windows 2000中，重叠I/O模型也允许应用程序以一种重叠方式实现对套接字连接的处理。具体的做法是在监听套接字上调用AcceptEx函数。AcceptEx是一个特殊的Winsock 1.1扩展函数，位于Mswsock.h头文件以及Mswsock.lib库文件内。该函数最初的设计宗旨是在Windows NT与Windows 2000操作系统上使用Win 32的重叠I/O机制。但事实上，它也适用于Winsock 2中的重叠I/O。AcceptEx的定义如下：

// MSWSOCK.H

AcceptEx(

IN SOCKET sListenSocket,

IN SOCKET sAcceptSocket,

陈显锋 2012-03-25 14:29 发表评论