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漫谈iOS Crash收集框架

2015-06-28 02:20

为了能够第一时间发现程序问题,应用程序需要实现自己的崩溃日志收集服务,成熟的开源项目很多,如 KSCrashplcrashreporterCrashKit 等。追求方便省心,对于保密性要求不高的程序来说,也可以选择各种一条龙Crash统计产品,如 CrashlyticsHockeyapp友盟Bugly 等等。

  • 是否集成越多的Crash日志收集服务就越保险?
  • 自己收集的Crash日志和系统生成的Crash日志有分歧,应该相信谁?
  • 为什么有大量Crash日志显示崩在main函数里,但函数栈中却没有一行自己的代码?
  • 野指针类的Crash难定位,有何妙招来应对?


想解释清这些问题,必须从Mach异常说起。



Mach异常与Unix信号


iOS系统自带的 Apple’s Crash Reporter 记录在设备中的Crash日志,Exception Type项通常会包含两个元素: Mach异常 和 Unix信号。

Exception Type:         EXC_BAD_ACCESS (SIGSEGV)    
Exception Subtype: KERN_INVALID_ADDRESS at 0x041a6f3

Mach异常是什么?它又是如何与Unix信号建立联系的?
Mach是一个XNU的微内核核心,Mach异常是指最底层的内核级异常,被定义在 <mach/exception_types.h>下 。每个thread,task,host都有一个异常端口数组,Mach的部分API暴露给了用户态,用户态的开发者可以直接通过Mach API设置thread,task,host的异常端口,来捕获Mach异常,抓取Crash事件。

所有Mach异常都在host层被ux_exception转换为相应的Unix信号,并通过threadsignal将信号投递到出错的线程。iOS中的 POSIX API 就是通过 Mach 之上的 BSD 层实现的。

因此,EXC_BAD_ACCESS (SIGSEGV)表示的意思是:Mach层的EXC_BAD_ACCESS异常,在host层被转换成SIGSEGV信号投递到出错的线程。既然最终以信号的方式投递到出错的线程,那么就可以通过注册signalHandler来捕获信号:

signal(SIGSEGV,signalHandler);

捕获Mach异常或者Unix信号都可以抓到crash事件,这两种方式哪个更好呢?
优选Mach异常,因为Mach异常处理会先于Unix信号处理发生,如果Mach异常的handler让程序exit了,那么Unix信号就永远不会到达这个进程了。转换Unix信号是为了兼容更为流行的POSIX标准(SUS规范),这样不必了解Mach内核也可以通过Unix信号的方式来兼容开发。

小贴士:
因为硬件产生的信号(通过CPU陷阱)被Mach层捕获,然后才转换为对应的Unix信号;苹果为了统一机制,于是操作系统和用户产生的信号(通过调用killpthread_kill)也首先沉下来被转换为Mach异常,再转换为Unix信号。



Crash收集的实现思路


正如上述所说,可以通过捕获Mach异常、或Unix信号两种方式来抓取crash事件,于是总结起来实现方案就一共有3种。

1)Mach异常方式

2)Unix信号方式

signal(SIGSEGV,signalHandler);

3)Mach异常+Unix信号方式

Github上多数开源项目都采用的这种方式,即使在优选捕获Mach异常的情况下,也放弃捕获EXC_CRASH异常,而选择捕获与之对应的SIGABRT信号。著名开源项目plcrashreporter在代码注释中给出了详细的解释:

We still need to use signal handlers to catch SIGABRT in-process. The kernel sends an EXC_CRASH mach exception to denote SIGABRT termination. In that case, catching the Mach exception in-process leads to process deadlock in an uninterruptable wait. Thus, we fall back on BSD signal handlers for SIGABRT, and do not register for EXC_CRASH.


另外,需要重点说明的是:对于应用级异常NSException,还需要特殊处理。
你是否见过崩溃在main函数的crash日志,但是函数栈里面没有你的代码:

Thread 0 Crashed:
0 libsystem_kernel.dylib 0x3a61757c __semwait_signal_nocancel + 0x18
1 libsystem_c.dylib 0x3a592a7c nanosleep$NOCANCEL + 0xa0
2 libsystem_c.dylib 0x3a5adede usleep$NOCANCEL + 0x2e
3 libsystem_c.dylib 0x3a5c7fe0 abort + 0x50
4 libc++abi.dylib 0x398f6cd2 abort_message + 0x46
5 libc++abi.dylib 0x3990f6e0 default_terminate_handler() + 0xf8
6 libobjc.A.dylib 0x3a054f62 _objc_terminate() + 0xbe
7 libc++abi.dylib 0x3990d1c4 std::__terminate(void (*)()) + 0x4c
8 libc++abi.dylib 0x3990cd28 __cxa_rethrow + 0x60
9 libobjc.A.dylib 0x3a054e12 objc_exception_rethrow + 0x26
10 CoreFoundation 0x2f7d7f30 CFRunLoopRunSpecific + 0x27c
11 CoreFoundation 0x2f7d7c9e CFRunLoopRunInMode + 0x66
12 GraphicsServices 0x346dd65e GSEventRunModal + 0x86
13 UIKit 0x32124148 UIApplicationMain + 0x46c
14 XXXXXX 0x0003b1f2 main + 0x1f2
15 libdyld.dylib 0x3a561ab4 start + 0x0

可以看出是因为某个NSException导致程序Crash的,只有拿到这个NSException,获取它的reasonnamecallStackSymbols信息才能确定出问题的程序位置。

/* NSException Class Reference */
@property(readonly, copy) NSString *name;
@property(readonly, copy) NSString *reason;
@property(readonly, copy) NSArray *callStackSymbols;
@property(readonly, copy) NSArray *callStackReturnAddresses;

方法很简单,可通过注册NSUncaughtExceptionHandler捕获异常信息:

static void my_uncaught_exception_handler (NSException *exception) {
//这里可以取到 NSException 信息
}
NSSetUncaughtExceptionHandler(&my_uncaught_exception_handler);

将拿到的NSException细节写入Crash日志,精准的定位出错程序位置:

Application Specific Information:
*** Terminating app due to uncaught exception 'NSUnknownKeyException', reason: '[<__NSDictionaryI 0x14554d00> setValue:forUndefinedKey:]: this class is not key value coding-compliant for the key key.'

Last Exception Backtrace:
0 CoreFoundation 0x2f8a3f7e __exceptionPreprocess + 0x7e
1 libobjc.A.dylib 0x3a054cc objc_exception_throw + 0x22
2 CoreFoundation 0x2f8a3c94 -[NSException raise] + 0x4
3 Foundation 0x301e8f1e -[NSObject(NSKeyValueCoding) setValue:forKey:] + 0xc6
4 DemoCrash 0x00085306 -[ViewController crashMethod] + 0x6e
5 DemoCrash 0x00084ecc main + 0x1cc
6 DemoCrash 0x00084cf8 start + 0x24

那么,是不是收到了大量crash在main函数却没有NSException信息的日志,就代表自己集成的Crash日志收集服务没有注册NSUncaughtExceptionHandler呢?不一定,还有另外一种可能,就是被同时存在的其他Crash日志收集服务给坑了。



多个Crash日志收集服务共存的坑


是的,在自己的程序里集成多个Crash日志收集服务实在不是明智之举。通常情况下,第三方功能性SDK都会集成一个Crash收集服务,以及时发现自己SDK的问题。当各家的服务都以保证自己的Crash统计正确完整为目的时,难免出现时序手脚,强行覆盖等等的恶意竞争,总会有人默默被坑。

1)拒绝传递 UncaughtExceptionHandler

如果同时有多方通过NSSetUncaughtExceptionHandler注册异常处理程序,和平的作法是:后注册者通过NSGetUncaughtExceptionHandler将先前别人注册的handler取出并备份,在自己handler处理完后自觉把别人的handler注册回去,规规矩矩的传递。不传递强行覆盖的后果是,在其之前注册过的日志收集服务写出的Crash日志就会因为取不到NSException而丢失Last Exception Backtrace等信息。(P.S. iOS系统自带的Crash Reporter不受影响)

在开发测试阶段,可以利用 fishhook 框架去hookNSSetUncaughtExceptionHandler方法,这样就可以清晰的看到handler的传递流程断在哪里,快速定位污染环境者。不推荐利用调试器添加符号断点来检查,原因是一些Crash收集框架在调试状态下是不工作的。

检测代码示例:

static NSUncaughtExceptionHandler *g_vaildUncaughtExceptionHandler;
static void (*ori_NSSetUncaughtExceptionHandler)( NSUncaughtExceptionHandler * );

void my_NSSetUncaughtExceptionHandler( NSUncaughtExceptionHandler * handler)
{
g_vaildUncaughtExceptionHandler = NSGetUncaughtExceptionHandler();
if (g_vaildUncaughtExceptionHandler != NULL) {
NSLog(@"UncaughtExceptionHandler=%p",g_vaildUncaughtExceptionHandler);
}

ori_NSSetUncaughtExceptionHandler(handler);
NSLog(@"%@",[NSThread callStackSymbols]);

g_vaildUncaughtExceptionHandler = NSGetUncaughtExceptionHandler();
NSLog(@"UncaughtExceptionHandler=%p",g_vaildUncaughtExceptionHandler);
}

对于越狱插件注入应用进程内部,恶意覆盖NSSetUncaughtExceptionHandler的情况,应用程序本身处理起来比较弱势,因为越狱环境下操作时序的玩法比较多权利比较大。

2)Mach异常端口换出+信号处理Handler覆盖

和NSSetUncaughtExceptionHandler的情况类似,设置过的Mach异常端口和信号处理程序也有可能被干掉,导致无法捕获Crash事件。

3)影响系统崩溃日志准确性

应用层参与收集Crash日志的服务方越多,越有可能影响iOS系统自带的Crash Reporter。由于进程内线程数组的变动,可能会导致系统日志中线程的Crashed 标签标记错位,可以搜索abort()等关键字来复查系统日志的准确性。
若程序因NSException而Crash,系统日志中的Last Exception Backtrace信息是完整准确的,不会受应用层的胡来而影响,可作为排查问题的参考线索。



ObjC野指针类的Crash


收集Crash日志这个步骤没有问题的情况下,还是有很多全系统栈的日志的情况,没有自己一行代码,分析起来十分棘手,ObjC野指针类的Crash正是如此,这里推荐几篇好文章:
如何定位Obj-C野指针随机Crash(一):先提高野指针Crash率
如何定位Obj-C野指针随机Crash(二):让非必现Crash变成必现
如何定位Obj-C野指针随机Crash(三):加点黑科技让Crash自报家门
分析objc_msgSend()处崩溃的小技巧

除此之外,在Crash日志中补充记录一些额外信息可以辅助定位,如切面标记线程出处、队列出处,记录用户操作轨迹等等……



感谢阅读


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知识来源: nianxi.net/ios/ios-crash-reporter

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