iOS开发Crash崩溃信息分析和解决

iOS Crash 分析

2020-08-13  本文已影响0人  M_慕宸

Crash 日志从哪来？一般有 2 个渠道:

两者各有利弊，但是二者的捕获原理是差不多的。

Crash 捕获的原理

要了解 Crash 捕获的原理，要先清楚几个基本概念，和它们之间的关系：

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软件产生的信号的处理流程如下图， 就是用户态的 “UNIX信号” 处理流程

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硬件产生的信号的处理流程如下图：硬件错误被 Mach 层捕获，然后转换为对应的 “UNIX信号”。为了维护一个统一的机制，操作系统和用户产生的信号首先被转换为 "Mach异常"，然后再转换为信号。如下图所示:

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上面两图来自 “深入解析 Mac OS X & iOS 操作系统”一书。

由上图可以看到，无论是硬件产生的信号，还是软件产生的信号，都会走到 act_set_astbsd() 进而唤醒收到信号的进程的某一个线程。这个机制就给我们在“自身进程内捕获 Crash” 提供了可能性。就是可以通过拦截 “UNIX信号” 或 “Mach异常” 来捕获崩溃。

而且这里还有个小知识，当我们拦截信号处理之后是可以让程序不崩溃而继续运行的，但是不建议这样做，因为程序已经处于异常不可知状态。

PLCrashReporter 和 KSCrash 两个开源库都提供了 2 种方式拦截异常，包括 “Mach异常拦截” 和 “UNIX信号拦截”。说到这里有人可能困惑了，看上图里面最终都会转换为 “UNIX信号”， 是不是代表我们只用监听 “UNIX 信号” 就够了呢？为什么还要拦截 Mach 异常呢？

有两个原因：

那么，是不是我们只拦截 “Mach异常” 就够了呢？也不是，用户态的软件异常是直接走信号流程的，如果不拦截信号可能导致这部分 Crash 丢失。

附 “Mach异常” 与 “UNIX信号” 的转换关系代码，来自 xnu 中的 bsd/uxkern/ux_exception.c ：


switch(exception) {
case EXC_BAD_ACCESS:
    if (code == KERN_INVALID_ADDRESS)
        *ux_signal = SIGSEGV;
    else
        *ux_signal = SIGBUS;
    break;

case EXC_BAD_INSTRUCTION:
    *ux_signal = SIGILL;
    break;

case EXC_ARITHMETIC:
    *ux_signal = SIGFPE;
    break;

case EXC_EMULATION:
    *ux_signal = SIGEMT;
    break;

case EXC_SOFTWARE:
    switch (code) {

    case EXC_UNIX_BAD_SYSCALL:
    *ux_signal = SIGSYS;
    break;
    case EXC_UNIX_BAD_PIPE:
    *ux_signal = SIGPIPE;
    break;
    case EXC_UNIX_ABORT:
    *ux_signal = SIGABRT;
    break;
    case EXC_SOFT_SIGNAL:
    *ux_signal = SIGKILL;
    break;
    }
    break;

case EXC_BREAKPOINT:
    *ux_signal = SIGTRAP;
    break;
}

看到这里，有同学可能会说，还有 NSException 呢？我们都用 NSUncaughtExceptionHandler 来捕获异常 Crash 的。在前面就将 c++/ObjC 异常归类到了“软件异常” 类型，那是不是“捕获信号”就行了呢？为什么还要注册 NSUncaughtExceptionHandler 呢？是因为 CrashReporter 需要通过这个 handler 来获取异常相关信息和堆栈。

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看懂 Crash 日志

崩溃日志1.jpg

我们这里说的 Crash 日志，是指 Apple Format 格式的 全堆栈 Crash 日志。

Crash 头部信息

Crash 异常码

在 Crash 头部信息之下, 会有个段记录了 Crash 异常码。类似下图：

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这里我们应该关注：

附异常码的解释, 非所有异常码，只是我们 Crash 中可能会看到的 :

Mach 异常 UNIX 信号 简介 案例
EXC_BAD_ACCESS SIGBUS 总线错误 1、内存地址对齐出错 2、试图执行没有执行权限的代码地址
SIGSEGV 段错误 1、访问未申请的虚拟内存地址 2、没有写权限的内存写入
EXC_BAD_INSTRUCTION SIGILL 非法指令，即机器码指令不正确 1, iOS 上偶现的问题，遇到之后用户会连续闪退，直到应用二进制的缓存重新加载 或重启手机。此问题挺影响体验，但是报给苹果不认，因为苹果那边没有收集到，目前没有太好办法。因为 iOS 应用内无法对一篇内存同时获取 w+x 权限的，因此应用无法造成此类问题，所以判断是苹果的问题。
EXC_ARITHMETIC SIGFPE 算术运算出错，比如除0错误 iOS 默认是不启用的，所以我们一般不会遇到
EXC_SOFTWARE (我们在 Crash 日志中一般不会看到这个类型，苹果的日志里会是 EXC_CRASH) SIGSYS 系统调用异常 无
SIGPIPE 管道破裂 1, Socket通信是可能遇到，如读进程以及终止时，写进程继续写入数据。2, 根据苹果的文档，我们可以忽略这个信号: https://developer.apple.com/library/archive/documentation/NetworkingInternetWeb/Conceptual/NetworkingOverview/CommonPitfalls/CommonPitfalls.html
SIGABRT abort() 发生的信号 典型的软件信号，通过 pthread_kill() 发送
SIGKILL 9毫米子弹,大杀特杀。进程内无法拦截 1, exit(), kill(9) 等函数调用 2, iOS系统杀进程用的，比如 watchDog 杀进程
EXC_BREAKPOINT SIGTRAP 由断点指令或其它trap指令产生 部分系统框架里面会用 __builtin_trap() 来产生一个 SIGTRAP 类型的 Crash
EXC_GUARD 无 文件句柄错误 试图 close 一个内核的 fd.
EXC_RESOURCE 无 资源受限 线程调度太频繁，子线程每秒被唤醒次数超过150: https://stackoverflow.com/questions/25848441/app-shutdown-with-exc-resource-wakeups-exception-on-ios-8-gm

Crash 堆栈

下面一张图介绍了 Crash 堆栈中每个段的含义:

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Thread State

Thread State 中记录了 Crash 线程的寄存器的值，对于一些问题的定位是有一定帮助的。

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比如通过 fp, sp 的值配合 异常码 中的地址判断是否是栈溢出问题。但是大部分情况下，这块内容可以提供的帮助都比较小，因为都是单纯的数值，而不是其代表的：意义。在这一点上， KSCrash 提供了分析功能, 可以对寄存器内值的意义进一步分析，比如分析是不是一个 ObjC 的对象，分析string的内容，可以帮助我们对Crash进一步分析，因为 Crash 现场如果能拿到更多的信息，对于定位 Crash 的帮助可能是很大的，这个功能是很赞的。

一个简单的 Case: 当 ObjC 对象野指针时，调用它的任何方法都会 Crash， 而往往野指针问题不太容易快速定位野的对象是什么， 但是我们可以通过分析 x1 的值，也就是最后调用它的 @selector 再结合代码就很容易定位出野掉的对象是谁了。

Binary Images

Binary Images 中记录了进程加载的所有镜像列表， 这块内容是符号化 Crash 日志的关键，符号化的原理就是通过这里的镜像 UUID 来找到对应镜像的符号化文件从而进行对堆栈的符号化工作的。


镜像起始地址     镜像结束地址      镜像名       架构                镜像uuid                             镜像完整路径
0x1815b8000 - 0x181c73fff libobjc.A.dylib arm64  <5f420cdc6f593721a9cf0464bd87e1a2> /usr/lib/libobjc.A.dylib

读这段内容在 Crash 定位时也是有帮助的，比如：

Crash 分析方法

在了解了上面基本知识后，我们已经具备一定的定位 Crash 的能力了。然而光有理论知识，也还要有实战工具。

▐ 符号化

苹果收集的日志，Xcode会自动帮我们符号化，如果你没有发布包，比如是别人电脑打包的发布包，或者是一些平台上打的包，只需要你把 xcarchive 拷贝到 $HOME/Library/Developer/Xcode/Archives 目录下之后，Xcode 就可以自动帮你符号化了。

Xcode 自带了一个命令行工具 symbolicatecrash , 在 /Applications/Xcode.app/Contents/SharedFrameworks/DVTFoundation.framework/Versions/A/Resources/symbolicatecrash , 这个工具可以帮助我们将整个 Crash 日志符号化：

# 这两行可以写到 ~/.bash_profile 里面，这样不用每次敲了
export DEVELOPER_DIR=/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/
alias symbolicatecrash="/Applications/Xcode.app/Contents/SharedFrameworks/DVTFoundation.framework/Versions/A/Resources/symbolicatecrash"

# 执行符号化
symbolicatecrash [原始CrashLog路径] [dSYM文件路径或待符号的.app路径] > [导出符号化的文件路径]

使用 symbolicatecrash ，如果要符号化系统库的堆栈的话，需要有对应系统库的符号表放到 $HOME/Library/Developer/Xcode/iOS DeviceSupport 目录下面。符号表的获取可以通过插入对应系统版本的手机，或者从别人那拷贝获取。

在了解了 堆栈的信息后，我们也可以使用 atos 命令来对 单行或多行 的堆栈进行符号化操作。

使用方法：


atos -o [镜像的DWAF文件地址] -l [镜像的起始地址] [堆栈内存地址1] [堆栈内存地址2] ...

▐ 汇编定位法

因为 iOS 上的 Native 代码都会被编译为机器码，且 Crash 堆栈中的很多信息其实是二进制上的内容，哪怕我们符号化了，但是经过编译器的翻译，有时候也无法通过符号化之后匹配到的代码行来定位最精确的原因。因为一行源代码可能包含很多逻辑而被编译为大段汇编，或者编译优化将多行代码合并优化等操作。

所以，有时候 Crash 定位就需要我们进阶版的 汇编定位法 。当然要学习汇编定位法可能需要一定的基础知识，比如看懂一些基础的汇编指令，可以通过学习和练习来提高，推荐一下一篇旧文: https://blog.cnbluebox.com/blog/2017/07/24/arm64-start/

汇编定位法，还需要一个反汇编的工具。

Tips: 二进制就是我们工程编译的可执行文件、动态库。系统库的二进制可以在 $HOME/Library/Developer/Xcode/iOS DeviceSupport/ 中找到。dylib 在 Symbols/usr/lib 目录 ，动态库在 Symbols/System/Library/Frameworks 目录。

工具准备好了之后，怎么定位到具体位置呢，“代码在镜像中的偏移” 我们就根据这个信息进行查找就可以找到对应的汇编行了。

符号化的堆栈，无法直接看到“代码在镜像中的偏移”，我们可以自己减一下就行了。

一个例子：

image image image

因为 VideoToolbox 是系统库，放在 dyld_shared_cache 里面的，所以它镜像的文件地址也不是 0x0， 所以这里计算时候要加上 0x1848a2000, 我们自己打的动态库一般不存在这个。

image image

注意，这里 0x184900618 虽然是 orr 这一行，但其实是 0x184900614 这一行，因为这是 iOS 堆栈采集的原理所决定的（取lr)，除了 frame 0 的堆栈地址是最后崩溃的地址，frame 序号 大于0的地址都是实际地址的下一行。

▐ 现场勘探法

这是基于汇编法的基础上的一种分析方法。会了汇编分析之后，可能发现定位到了具体的汇编行，有时候问题还是较难分析，因为我们只拿到了代码信息，而运行时的各种状态都是丢失的。

现场勘探法，就是我们使用 Xcode 调试应用，断点到 Crash 地方附近，哪怕是我们线下无法复现的 Crash， 我们也可以到现场去看下正常情况的 栈、寄存器是怎么样的，再对比 Crash 日志中的信息，就可以推断出哪里出了问题。

打断点的方法：

参考&引用&拓展阅读

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