什么类型的代码可以动态触发未对齐的数据访问 sigbus 陷阱？

Question

我正在寻找有关未对齐数据访问的 SIGBUS。我正在跟踪其中一个错误，我想知道这在 sitara am335x 上是如何发生的。有人可以给我一个示例代码来描述这个或确保触发它。

添加代码片段：

int Read( void *value, uint32_t *size, const uint32_t baseAddress )
{
    uint8_t *userDataAddress = (uint8_t *)( baseAddress + sizeof( DBANode ));
    memcpy( value, userDataAddress, ourDataSize );
    *size = ourDataSize;
    return 0;
}

DBA 节点是一个 class 20 字节的对象。 baseAddress 是 DBANode 的 class 对象类型再次转换为 uint32_t 的共享内存文件的 mmap，以便可以完成算术运算。

这是本节的拆解：

    91a8:   e51b3010    ldr r3, [fp, #-16]
    91ac:   e5933000    ldr r3, [r3]
    91b0:   e51b0014    ldr r0, [fp, #-20]  ; 0xffffffec
    91b4:   e51b1008    ldr r1, [fp, #-8]
    91b8:   e1a02003    mov r2, r3
    91bc:   ebffe72b    bl  2e70 <memcpy@plt>
    91c0:   e51b3010    ldr r3, [fp, #-16]
    91c4:   e5932000    ldr r2, [r3]
    91c8:   e51b3018    ldr r3, [fp, #-24]  ; 0xffffffe8
    91cc:   e5832000    str r2, [r3]

00002e70 <memcpy@plt>:
    2e70:   e28fc600    add ip, pc, #0, 12
    2e74:   e28cca08    add ip, ip, #8, 20  ; 0x8000
    2e78:   e5bcf868    ldr pc, [ip, #2152]!    ; 0x868

当重新构建完全相同的代码库时，问题就消失了。 gcc 能否创建 2 个不同版本的指令，并为 gcc 指定的 -O0 进行相同的优化？

我还在两个编译中对库进行了比较，因此文件 obj 转储。它们完全一样。 api 经常使用。但是，崩溃只会在长时间使用几天后发生。我每 500 毫秒读取同一个节点。所以这是不一致的。我应该查看指针损坏吗？

Answer 1

来自 Cortex-A8 技术参考手册：

The processor supports loads and stores of unaligned words and halfwords. The processor makes the required number of memory accesses and transfers adjacent bytes transparently.

Note Data accesses that cross a word boundary can add to the access time.

Setting the A bit in the CP15 c1 Control Register enables alignment checking. When the A bit is set to 1, two types of memory access generate a Data Abort signal and an Alignment fault status code:

a 16-bit access that is not halfword-aligned

a 32-bit load or store that is not word-aligned

Alignment fault detection is a mandatory address-generation function rather than an optionally supported function of external memory management hardware.See the ARM Architecture Reference Manual for more information on unaligned data access support.

在 ARM ARM 中，总是的指令如果未与传输大小对齐则生成对齐错误： LDREX、STREX、LDREXD、STREXD、LDM、STM、LDRD、RFE、SRS、STRD、SWP、LDC、LDC2、STC、STC2、VLDM、VLDR、VPOP、VPUSH、VSTM、VSTR。

此外，大多数 PUSH、POP 和 VLDx 都指定了 :align:。

此外，

In an implementation that includes the Virtualization Extensions, an unaligned access to Device or Strongly-ordered memory always causes an Alignment fault Data Abort exception

与链接问题一样，结构是导致 'intended' 未对齐访问的最明显方式，但堆栈指针或其他变量指针的任何损坏也会产生相同的结果。如果正常的单个 word/halfword 访问速度很慢，或者触发故障，则取决于内核的配置方式。

如果您有权访问 ETM 跟踪，您将能够确定确切的访问。似乎该部分有 ETM/ETB（因此不需要花哨的跟踪捕获设备），但我不知道获取工具使用它会有多容易。

至于什么代码可以触发这个，是的，甚至 memcpy() 也可能是 problem。由于 ARM 指令集对传输多个寄存器（或 AA64 中的寄存器对）进行了优化，因此优化后的库函数将更喜欢 'stream' 数据，而不是逐字节加载和存储。根据数据结构和编译目标，完全有可能以非法 LDM 结束未对齐地址。

Answer 2

原来 baseAddress 是问题所在。正如我提到的，它是一个到共享内存位置的 mmap，mmap 可能会在该位置失败。 mmap returns -1 失败，代码正在检查 NULL 并继续写入 -1，即 0xFFFFFFFF 导致 sigbus。当我们使用 memcpy 时看到代码 1。尝试任何其他访问，如直接字节寻址，会得到带有 sigbus 的代码 3。

我仍然不确定为什么它会触发 SIGBUS 而不是 SIGSEGV。这不应该是内存违规吗？这是一个例子：

int main(int argc, char **argv)
{
    // Shared memory example                                                    
     const char *NAME = "SharedMemory";                                          
     const int SIZE = 10 * sizeof(uint8_t);                                      
     uint8_t src[]={0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0x00};          
     int shm_fd = -1;                                                            

     shm_fd = shm_open(NAME, O_CREAT | O_RDONLY, 0666);                          
     ftruncate(shm_fd, SIZE);                                                    

    // Map shared memory segment to address space                               
     uint8_t *ptr = (uint8_t *) mmap(0, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE | _NOCACHE, MAP_SHARED, shm_fd, 0);
     if(ptr == MAP_FAILED)                                                       
     {                                                                           
          std::cerr << "ERROR in mmap()" << std::endl;                            
      //  return -1;                                                              
      }                                                                           
      printf("ptr = 0x%08x\n",ptr);                                               
      std::cout << "Now storing data to mmap() memory" << std::endl;              
      #if 0                                                                           
      ptr[0] = 0x11;                                                              
      ptr[1] = 0x22;                                                              
      ptr[2] = 0x33;                                                              
      ptr[3] = 0x44;                                                              
      ptr[4] = 0x55;                                                              
      ptr[5] = 0x66;                                                              
      ptr[6] = 0x77;                                                              
      ptr[7] = 0x88;                                                              
      ptr[8] = 0x99;                                                              
      ptr[9] = 0x00;                                                              
      #endif                                                                          

      memcpy(ptr,src,SIZE);   //causes sigbus code 1                              
      shm_unlink(NAME);
}

我仍然不知道为什么 mmap 在 shm 上失败，即使我有 100MB 的可用 RAM 并且我的所有资源限制都设置为无限制，超过 400 个 fds（文件描述符）仍然可用，超过 1000 个 fds 限制. !!!

什么类型的代码可以动态触发未对齐的数据访问 sigbus 陷阱？

what type of code can trigger unaligned data access sigbus trap dynamically?

gcc

arm

qnx

memory-alignment

qnx-neutrino