الحصول تلقائيًا على تتبعات المكدس في أنظمة يونكس

يمكن أن تكون أخطاء تقسيم الذاكرة كابوسًا للمطورين، حيث تقدم غالبًا معلومات محدودة لتشخيص المشكلات في تطبيقات يونكس الخاصة بك. لحسن الحظ، هناك طريقة لأتمتة إنشاء تتبعات المكدس عند مواجهة مثل هذه الأخطاء، مما يمكّنك من التقاط رؤى قيمة دون الانتظار لمطور لتحليل تفريغ النواة يدويًا. في هذا المقال، سوف نستكشف كيفية تنفيذ هذه الآلية بفعالية باستخدام معالج إشارة لإنشاء تتبعات مكدس تلقائيًا كلما حدث SIGSEGV (خطأ تقسيم الذاكرة).

ما هو تتبع المكدس؟

تتبع المكدس هو تقرير عن الإطارات النشطة في المكدس في نقطة زمنية معينة، عادةً عندما يحدث خطأ أو استثناء. يوفر تمثيلًا مرئيًا لاستدعاءات الدالة التي أدت إلى الخطأ، مما يساعد المطورين على فهم سياق الخطأ.

المشكلة: التعامل مع SIGSEGV في يونكس

عند مواجهة تطبيقك لخطأ تقسيم الذاكرة، قد لا يوفر السلوك الافتراضي للنظام سياقًا كافيًا لحل المشكلة. يمكنك استخدام مصحح أخطاء مثل GDB والتحقيق في تفريغات النواة، لكن هذه العملية ليست مؤتمتة ولا مريحة. ماذا لو كانت هناك طريقة لتسجيل تتبع مكدس تلقائيًا كلما حدث مثل هذا الحدث؟ هنا يأتي دور معالج الإشارة.

الحل: استخدام معالج إشارة مع Backtrace

إذا كنت على نظام مشابه ليونكس يدعم وظيفة backtrace (مثل لينكس و BSD)، يمكنك الاستجابة برمجيًا للإشارات باستخدام معالج إشارة. أدناه توجد تنفيذات بسيطة لمعالج يقوم بالتقاط تتبع مكدس ويطبعه على وحدة التحكم.

خطوات التنفيذ

1. تضمين الترويسات المطلوبة: تحتاج إلى تضمين المكتبات المناسبة لمعالجة الإشارات ووظائف backtrace.

2. إنشاء معالج الإشارة: تحديد دالة ستتم استدعاؤها عندما يحدث خطأ تقسيم في الذاكرة.

3. التقاط وطباعة تتبع المكدس: استخدم وظائف backtrace و backtrace_symbols لالتقاط تتبع المكدس وطباعته.

4. تعيين معالج الإشارة: قم بتسجيل معالج الإشارة المخصص الخاص بك حتى يتم استدعاؤه عند حدوث SIGSEGV.

كود المثال

إليك تنفيذ عينة بلغة C:

#include <execinfo.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void sig_handler(int sig) {
    void *array[25];
    int nSize = backtrace(array, 25);
    char **symbols = backtrace_symbols(array, nSize);

    // طباعة تتبع المكدس
    for (int i = 0; i < nSize; i++) {
        puts(symbols[i]);
    }

    free(symbols);
    signal(sig, &sig_handler); // إعادة تسجيل معالج الإشارة
}

void cause_segv() {
    kill(0, SIGSEGV); // تفعيل SIGSEGV
}

int main(int argc, char **argv) {
    signal(SIGSEGV, &sig_handler); // تسجيل معالج الإشارة
    cause_segv();  // استدعاء دالة تسبب خطأ تقسيم في الذاكرة

    return 0;
}

تفسير الإخراج

عند تنفيذ البرنامج أعلاه، وعند حدوث خطأ تقسيم في الذاكرة، سيظهر الإخراج إطارات المكدس التي أدت إلى الخطأ، مماثلة لما يلي:

0   a.out                               0x00001f2d sig_handler + 35
1   libSystem.B.dylib                   0x95f8f09b _sigtramp + 43
2   ???                                 0xffffffff 0x0 + 4294967295
3   a.out                               0x00001fb1 cause_segv + 26
4   a.out                               0x00001fbe main + 40

يساعدك هذا الإخراج في تحديد تسلسل استدعاءات الدوال والنقطة الدقيقة التي حدث فيها خطأ تقسيم الذاكرة.

تحسين الحل مع ميزات اختيارية

بينما يوفر الحل أعلاه إطارًا أساسيًا، قد ترغب في تحسينه بميزات إضافية تعزز قدرات التصحيح لديك. إليك بعض الميزات الاختيارية التي ينبغي التفكير فيها:

• جمع معلومات إضافية: جمع ملفات التهيئة ذات الصلة أو تفاصيل البيئة في وقت الانهيار. يمكن أن تكون هذه السياقات ذات قيمة لا تقدر بثمن في تشخيص القضايا المعقدة.
• إرسال معلومات الانهيار عبر البريد الإلكتروني: إرسال تقرير انهيار تلقائيًا، يتضمن تتبع المكدس والمعلومات المجمعة، إلى فريق التطوير للحصول على اهتمام فوري.
• دعم المكتبة الديناميكية: دمج معالجة تتبع المكدس داخل مكتبة مشتركة تم فتحها عبر dlopen، مما يسهل استخدام هذه الميزة في التطبيقات المعيارية.
• لا حاجة لواجهة رسومية: تعمل هذه الحلول بالكامل من خلال وحدة التحكم، مما يجعلها مناسبة لبيئات الخادم أو الأنظمة التي لا تحتوي على واجهات رسومية.

الخاتمة

من خلال تنفيذ معالج الإشارة والاستفادة من وظيفة backtrace، يمكنك إنشاء تتبعات مكدس تلقائيًا عند أخطاء تقسيم الذاكرة في أنظمة يونكس. لا تبسط هذه الطريقة عملية التصحيح فحسب، بل توفر أيضًا رؤى حاسمة للمطورين يمكن أن تسرع من حل المشكلات. اعتبر إضافة ميزات اختيارية لتخصيص الحل حسب احتياجاتك، مما يجعل استراتيجية التصحيح لديك أكثر قوة وفعالية.

لا تتردد في اعتماد هذه الطريقة في مشاريعك، وأخبرنا إذا كانت لديك أي أسئلة أو اقتراحات لتحسين!