本文章包含 AI 创作，请仔细甄别。

#目录

  1. 问题现象
  2. 远程 unwinding 的信息来源差异
  3. libunwind 的查表逻辑与 两级 fallback
  4. 为什么缺少 PT_GNU_EH_FRAME 会导致“丢帧”
  5. 加上 --eh-frame-hdr 后为何立即恢复
  6. GDB 的多层策略如何弥补缺口
  7. 澄清：unw_step() 在找不到 FDE 时并非总返回 0
  8. 测试用最小示例代码
  9. 快速检查二进制调试信息的命令
  10. 附录：关键源代码片段（GDB & libunwind）

#1. 问题现象

在完全静态链接的可执行文件上，使用 libunwind‑ptrace 做远程栈回溯，得到的结果常见类似：

1
2
#0 __libc_recvfrom
#1 main

而实际逻辑调用序列应为：

1
main → poll_msg → recvfrom

同一进程在 GDB 中执行 bt 却能看到完整链。

#2. 远程 unwinding 的信息来源差异

GDB libunwind‑ptrace
可用 ELF 信息 在磁盘上打开目标 ELF 与 split‑debug，解析 .debug_*, .eh_frame 全部 section 仅 读取进程的 Program Header（segment）映射
CFI 首选 .debug_frame → .eh_frame .eh_frame（必须先通过 PT_GNU_EH_FRAME 找到）
备用策略 prologue sniffer → rbp‑链 → heuristic rbp‑链（简化版）

#3. libunwind 的查表逻辑与 两级 fallback

unw_step() 内部主要调用 _Ux86_64_step()，流程如下（伪代码）：

1
2
3
4
5
// ① 是否有缓存的 proc_info？若无：
find_proc_info(ip, &pi) →
    dwarf_find_unwind_table(pid, ip)  // 首选 .eh_frame_hdr 查表
    if (!table)                       // (A) 找不到 FDE
        try_framechain();             // (B) 用 rbp 链 fallback

#(A) 没有 FDE 返回 ‑UNW_ENOINFO

  • 对 本地 unwinder unw_step() 会直接返回 0。
  • 对 remote‑ptrace 实现，函数继续尝试 *(B)*：

#(B) try_framechain()

  • 若当前帧保存了 %rbp 且 %rbp 指向合法栈区， 则认为 [rbp] 存 caller 的 %rbp, [rbp+8] 存 caller 的 %rip；
  • 组装一个“人工”上一帧 → unw_step() 返回 > 0。

因此：在缺少 FDE 又恰好保留帧指针时，可以继续退到 main()，但 会跳过所有 frameless 函数（如 poll_msg）。

#4. 为什么缺少 PT_GNU_EH_FRAME 会导致“丢帧”

  • .eh_frame 在静态程序里默认是 SHT_PROGBITS，不在任何 PT_LOAD segment；
  • 远程 unwinder 通过读取 /proc/PID/maps 里的 segment 首地址 + program‑header，只能看到 PT_* 指定的段；
  • 缺少 PT_GNU_EH_FRAME ⇒ 找不到 .eh_frame_hdr ⇒ find_proc_info() 失败 ⇒ 触发 (B) fallback，仅凭 %rbp 链。
  • poll_msg 恰好省掉帧指针，于是被跳过。

#5. 加上 --eh-frame-hdr 后为何立即恢复

--eh-frame-hdr 命令让链接器：

  1. 复制 .eh_frame 并生成一个紧凑索引 .eh_frame_hdr；
  2. 插入 **PT_GNU_EH_FRAME** program‑header 指向该索引；
  3. 由于 .eh_frame_hdr 属于可加载 segment，远程进程映射可见；

于是 _Ux86_64_dwarf_find_unwind_table() 能定位 FDE → poll_msg 拥有 CFI → 回溯链完整。

#6. GDB 的多层策略如何弥补缺口

GDB 全流程简略：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
DWARF‑CFI   (文件级)  → 成功 → 返回
  │
  ├─ 失败
  ▼
prologue‑sniffer (反汇编) → 若发现 push %rbp/mov %rsp,%rbp → 手算上一帧
  │
  ├─ 失败
  ▼
trad‑rbp‑chain (纯链)

因其拥有磁盘 ELF 信息，不依赖 PT_GNU_EH_FRAME；即便 CFI 缺失，也可借助 sniffer 过 frameless 函数。

#7. 澄清：unw_step() 在缺少 FDE 时并非总返回 0

  • 若当前函数缺 CFI 且 保留 **%rbp**：会走 (B) 策略，返回 1，继续到 caller；因此最终仍能走到 main()。
  • 丢帧的根因 是 frameless 函数（无 %rbp）缺 CFI → 在 fallback 中被“跳过”。

#8. 测试用最小示例

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
// demo.c ─── gcc demo.c -static -g -fno-omit-frame-pointer \
//                      -fasynchronous-unwind-tables -o demo 
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

__attribute__((noinline,optimize("no-optimize-sibling-calls")))
ssize_t poll_msg(int fd, void *buf, size_t len) {
    return recvfrom(fd, buf, len, 0, NULL, NULL);
}

int main() {
    char b[1];
    poll_msg(0, b, 1);
    return 0;
}

#编译对比

链接选项 libunwind 结果 GDB 结果
无 --eh-frame-hdr __libc_recvfrom → main __libc_recvfrom → poll_msg → main
加 -Wl,--eh-frame-hdr 与 GDB 相同 相同

#9. 快速检查调试信息的命令

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
# 是否包含 PT_GNU_EH_FRAME
readelf -l  a.out | grep EH_FRAME

# 列出 FDE 覆盖 range，不依赖符号
readelf -wf a.out | head

# 检验函数是否有帧指针
objdump -dS a.out | less   # 查找 push %rbp / mov %rsp,%rbp

# 查 libc.a 内部符号及 CFI
ar x /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.a recvfrom.o
readelf -wf recvfrom.o | head

#10. 附录：关键源码片段

#10.1 libunwind (src/x86_64/Gfind_proc_info.c)

1
2
3
4
5
if (phdr->p_type == PT_GNU_EH_FRAME) {
    peh_hdr = phdr;
    /* ...读取 hdr, 找到 .eh_frame */
}
/* 如果 peh_hdr 为 NULL → 返回 -UNW_ENOINFO */

#10.2 GDB prologue sniffer (简化)

1
2
3
4
5
6
7
static struct frame_id
prologue_frame_this_id (frame_info *this_frame)
{
    /* 反汇编起始几十字节，找 push %rbp 与 mov %rsp,%rbp */
    if (found)
        compute_previous_frame(...);
}

#结语

libunwind 的“缺帧”症状来源于 运行时只能依赖 PT_GNU_EH_FRAME 的设计取舍；当 segment 信息不足或函数 frameless 且无 CFI 时，只能退回极简 %rbp 链，导致中间帧被跳过。GDB 由于离线 ELF + 多级策略，自然更完善。对开发者而言，在链接阶段加 --eh-frame-hdr、保留 CFI 或帧指针，是让任何基于 libunwind 的调试/分析工具完整回溯的关键。