iOS之异常与信号使用场景分析
作者：好_好先生
正文
Crash的主要原因是你的应用收到了未处理的信号。 未处理的信号可能来源于三个地方：kernel（系统内核）、其他进程、以及App本身。 因此，crash异常也分为三种：
- Mach异常：是指底层的内核级异常。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。
- Unix信号：又称BSD信号，如果开发者没有捕获Mach异常，则会被host层的方法ux_exception()将异常转换为对应的UNIX信号，并通过方法threadsignal()将信号投递到出错的线程。可以通过方法singnal(x, SignalHandler)来捕获single。
- NSException：应用级异常，它是未被捕获的Objective-C异常，导致程序向自身发送了SIGABRT信号而崩溃，对于未捕获的Objective-C异常，是可以通过try catch来捕获的，或者通过NSSetUncaughtExceptionHandler()机制来捕获。
异常
Exception Type：
异常的type固定是SIGABRT，其实是CrashReporter在捕获Exception之后，再调用abort()发出的信号类型。这个机制也决定了如果是Exception Crash，堆栈就看这里的Last Exception Backtrace:, Crash Thread 里面固定是handleException的堆栈，没有查看的意义。
Exception Codes：
一般就是 0 at 0x18ac2378，后面这个地址就是发生异常的对象的地址
特殊的 Exception Code
- 0xdead10cc - Deaklock
我们在挂起之前持有文件锁或 SQLite 数据库锁。我们应该在挂起之前释放锁
- 0xbaaaaaad - Bad
通过侧面和两个音量按钮对整个系统进行了 stackshot。
- 0xbad22222 - Bad too (two) many times
可能是 VOIP 应用被频繁唤起导致的崩溃。也可以注意一下我们的后台调用网络的代码。 如果我们的TCP连接被唤醒太多次（例如 300 秒内唤醒 15 次），就会导致此崩溃。
- 0x8badf00d - Ate (eight) bad food
我们的应用程序执行状态更改（启动、关闭、处理系统消息等）花费了太长时间。与看门狗的时间策略发生冲突（超时）并导致终止。最常见的罪魁祸首是在主线程上进行同步的网络连接。
- 0xc00010ff - Cool Off
系统检测的设备发烫而终止了我们的 App。如果只在少量设备上（几个）发生，那就可能是由于硬件的问题，而不是我们 App 问题。但是如果发生在其他设备上，我们应该使用 Instruments 去检查我们 App 的耗电量问题。
- 0x2bad45ec - Too bad for security
发生安全冲突。 如果 Termination Description 显示为 Process detected doing insecure drawing while in secure mode，则意味着我们的应用尝试在不允许的情况下进行绘制，例如在锁定屏幕的情况下。
Triggered by Thread：
发生Crash的线程
Application Specific Infomation：
Exception的信息，这个是定位异常的关键信息
Last Exception Backtrace：
抛出异常的代码堆栈，如果是异常，就看这个堆栈
主要信号
主要信号有 SIGTERM、SIGABRT、SIGSEGV、SIGBUS、SIGILL、SIGFPT、SIGKILL、SIGTRAP
程序结束（terminate）信号，与SIGKILL不同的是该信号可以被阻塞和处理。通常用来要求程序自己正常退出。iOS中一般不会处理到这个信号
SIGABRT原因
- double free指针，void *ptr = malloc(256); free(ptr);free(ptr);// 重复释放会导致SIGABRT错误
- free没有初始化的地址或者错误的地址，void ptr - (void)0x0000100; free(ptr);//释放未初始化的地址导致SIGABRT错误
- 内存越界，char str2[10]; char *str1 = "askldfjadslfjsalkjfsalkfdj"; strcpy(str2, str1);
- 直接调用abort()
- 直接调用assert()
场景
全局变量赋值的代码段，被多线程调用同时赋值，上一次赋的值就可能被多个线程释放
解决方案
删掉类似的赋值操作或者加锁
SIGSEGV原因:
- invalid memory access（segmentation fault）
- 无效的内存地址引用信号（常见的野指针访问，访问了没有权限的内存地址，系统内存地址等）
- 非ARC模式下，iOS中经常会出现在Delegate对象野指针访问
- ARC模式下，iOS经常会出现在Block代码块内强持有可能释放的对象
场景:
SDWebImageDownloaderOperation 生命周期的管理和错误回调是在2个queue, 有可能 self 已经进入释放逻辑，再访问 self.completeBlock, 再访问就是无效的。
原因:
多线程访问或者操作对象、栈溢出。
SIBBUS原因:
- mmap 内存映射访问超出了⼤⼩
char *p, tmp;
NSString *path = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"test" ofType:@"txt"];
int fd = open(path.UTF8String, O_RDWR);
p = (char*)mmap(NULL,FILESIZE, PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED, fd, 0); signal(SIGBUS, handle_sigbus);
getchar();
for(int i=0;i<FILESIZE;i++){
tmp = p[i];
}
printf("ok\n");
- 访问未对⻬的内存地址, int pi = (int)(0x00001111); *pi = 17;
场景:
mmap 映射了⼀个⽂件的内存，写入时越界。
对比:
SIGSGV 访问的是⽆效的内存，就是该内存不属于我们的进程，或者没有权限，SIGBUS指的是 CPU ⽆法操作该地址，⼤部分是没有对⻬导致的。
SIGILL原因:
- 执⾏⾮法指令
- 堆栈溢出
典型场景:
iOS 上该问题有可能会随机产⽣在任何动态库、静态库的⽅法中，⼀旦出现之后，应⽤会⼀直崩溃
解决方案:
app级别的代码没有修改可执⾏段的权限，⽆法污染代码段，判断是苹果增量的问题，用户重启⼿机
定义:
程序结束接收中⽌信号，⼀般exit()会发⽣这个信号，当前应用不能捕获，也无法忽略，OOM，Watchdog最终都是这个异常信号。
- ⻓时间占⽤太多 CPU 资源，被系统杀掉
- 应⽤启动的时候，在主线程做⻓时间操作，或者卡死，导致被 watchdog 杀死
- 线程切换过于频繁，被系统杀掉
- 应⽤占⽤过多内存，被 jetsam 杀掉
SIGTRAP原因:
很多系统库例如 WebKit，libdispatch 等使⽤了__builtin_trap() ⽅法去触发断点异常，在debug 模式下，会触发调试器断点，这样开发可以实时查看问题，在 release 模式下，应⽤就会崩溃，然后产⽣ SIGTRAP 信号。
典型场景:
dispatch_group_enter 和 dispatch_group_leave 调⽤不匹配，如果dispatch_group_leave 多调⽤了，会触发 DISPATCH_CLIENT_CRASH，在DISPATCH_CLIENT_CRASH 内部会调⽤__builtin_trap() 触发调式陷阱 。
Mach 异常
Mach异常的好处就是可以捕获更多的Crash，⽐如循环递归导致的堆栈溢出crash。原本信号的⽅式回调会在崩溃的线程⾥⾯，但是因为循环递归已经堆栈溢出了，已经没有环境来执⾏crash捕获的逻辑了，但是Mach异常捕获可以定义单独的线程来处理Mach异常逻辑。 如何区分我们看到的⽇志是Mach异常的呢？ Exception Type: 是EXC_打头的话，就是Mach异常了，后⾯的Exception Subtype:其实是根据Exception Type:转了⼀下
Exception Type:
- EXC_BAD_ACCESS：内存不能访问,对应SIGBUS和SIGSEGV
- EXC_BAD_INSTRUCTION：⾮法的指令，对应捕获到的SIGILL问题
- EXC_ARITHMETIC：算术运算出错，对应SIGFPE
- EXC_EMULATION：对应SIGEMT
- EXC_SOFTWARE：软件出错，对应SIGSYS，SIGPIPE，SIGABRT，SIGKILL
- EXC_BREAKPOINT：对应SIGTRAP
- EXC_SYSCALL：不常⽤
- EXC_MACH_SYSCALL：不常⽤
- EXC_RPC_ALERT：不常⽤
- EXC_CRASH：对应SIGBART
- EXC_GUARD：⼀般是⽂件句柄防护，⽐如close到了⼀个内核的fd.
- EXC_RESOURCE：遇到了⼀些系统资源的限制，⼀般是CPU过载，线程调度太频繁，⽐如iOS中每秒⼦线程唤醒次数不能超过150
Abort
Abort 包含哪些场景?
- 内存使⽤量过⾼、短时间内申请⼤量内存，系统发送signal9（signal9⽆法通过信号捕获）强制杀死进程（类似于Android端上的OOM），就是⼤家常说的Jetsam事件
- 主线程发⽣卡死超过⼀定时间watchdog强制杀死进程（不同系统版本卡死时间不同）
- 启动超时、后台切前台resume超时
- 部分死循环、递归等造成的栈溢出
Abort目标
- 现场及上下⽂捕获
- 定位 Abort 的业务场景、发⽣原因
- 基于现场及上下⽂捕获数据、Abort发⽣原因的⽅法形成⾼效的⼯具链，⽤于快速定位线上崩溃率发⽣的主因
Abort推导规则
需要根据可能导致客户端崩溃的原因设计推导规则，并基于线上⽤户的 Abort 数据快速聚合，从而发现并解决影响线上稳定性的问题
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