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PHP核心转储（Core Dump）分析：使用GDB调试Zend执行栈与内存变量

PHP核心转储（Core Dump）分析：使用GDB调试Zend执行栈与内存变量

大家好，今天我们来深入探讨PHP核心转储（Core Dump）分析，以及如何利用GDB调试Zend执行栈和内存变量。Core Dump在PHP应用发生崩溃时会生成，它包含了程序崩溃时的内存快照，是定位问题、分析错误的关键。本次讲座主要分为以下几个部分：

  1. 什么是Core Dump？
  2. 如何配置PHP生成Core Dump？
  3. 使用GDB加载Core Dump文件
  4. GDB常用命令回顾
  5. 分析Zend执行栈
  6. 查看内存变量
  7. 实战案例分析
  8. 一些需要注意的事项

1. 什么是Core Dump？

Core Dump是操作系统在程序异常终止时，将程序在内存中的状态保存到磁盘上的文件。这个文件包含了程序运行时的代码、数据、堆栈、寄存器等等信息。对于PHP来说，当PHP进程（通常是php-fpm的worker进程）由于某些原因崩溃时，操作系统会生成一个Core Dump文件。开发者可以通过分析这个文件来了解程序崩溃时的状态，从而定位问题原因。

为什么需要Core Dump？

  • 定位Bug: 协助开发者诊断难以复现的Bug，特别是那些在生产环境中偶尔出现，难以通过常规调试方法重现的崩溃问题。
  • 性能分析: 可以通过分析崩溃时的堆栈信息，发现潜在的性能瓶颈。
  • 安全分析: 在某些情况下，Core Dump可以帮助分析安全漏洞，例如缓冲区溢出等。

2. 如何配置PHP生成Core Dump？

要让PHP生成Core Dump，需要进行一系列的配置，包括操作系统层面和PHP配置层面。

2.1 操作系统层面配置

首先，需要确保操作系统允许生成Core Dump。在Linux系统中，可以使用以下命令进行配置：

  • 查看当前Core Dump配置:

    ulimit -c

    如果输出为0，表示Core Dump功能被禁用。

  • 启用Core Dump:

    ulimit -c unlimited

    这个命令将Core Dump大小设置为无限制。要注意的是，这个配置只在当前Shell会话有效。要永久生效，需要修改/etc/security/limits.conf文件。

    * soft core unlimited
* hard core unlimited

    或者，在/etc/sysctl.conf中配置：

    kernel.core_pattern = /tmp/core.%e.%p.%t
kernel.core_uses_pid = 1

    然后执行 sysctl -p 使配置生效。

    • kernel.core_pattern: 定义Core Dump文件的保存路径和命名规则。
      • %e: 可执行文件名
      • %p: 进程ID
      • %t: 时间戳
    • kernel.core_uses_pid: 如果设置为1，则Core Dump文件名中包含进程ID。

2.2 PHP配置层面配置

在php.ini文件中，需要确保error_reporting设置为E_ALL或者一个包含所有错误的级别，并且display_errors可以设置为 On 或 Off，但强烈建议在生产环境设置为Off，并将错误记录到日志文件中。 此外，需要确保PHP的错误日志配置正确，以便在发生错误时能够记录相关信息。

error_reporting = E_ALL
display_errors = Off
log_errors = On
error_log = /var/log/php_errors.log

2.3 php-fpm配置

如果使用的是php-fpm，还需要确保php-fpm的配置允许生成Core Dump。在php-fpm的pool配置文件中（例如/etc/php/7.4/fpm/pool.d/www.conf），可以设置rlimit_core参数：

; Set core dump size to unlimited.
rlimit_core = unlimited

配置完成后，需要重启php-fpm服务：

sudo systemctl restart php7.4-fpm  # 根据实际版本修改

总结：

配置项 位置 说明
ulimit -c Shell 或 /etc/security/limits.conf 设置 Core Dump 文件大小限制。unlimited 表示无限制。
kernel.core_pattern /etc/sysctl.conf 定义 Core Dump 文件保存路径和命名规则。
kernel.core_uses_pid /etc/sysctl.conf 控制 Core Dump 文件名是否包含进程 ID。
error_reporting php.ini 设置错误报告级别。建议设置为 E_ALL。
display_errors php.ini 控制是否在浏览器中显示错误信息。生产环境建议关闭。
log_errors php.ini 开启错误日志记录。
error_log php.ini 指定错误日志文件路径。
rlimit_core php-fpm pool 配置文件 设置 php-fpm worker 进程的 Core Dump 文件大小限制。 unlimited 表示无限制。

3. 使用GDB加载Core Dump文件

配置完成后，当PHP程序崩溃时，系统会在指定的路径生成Core Dump文件。接下来，可以使用GDB（GNU Debugger）来加载这个文件，并进行分析。

3.1 安装GDB

如果系统上没有安装GDB，可以使用以下命令进行安装：

sudo apt-get update
sudo apt-get install gdb

3.2 加载Core Dump文件

使用以下命令加载Core Dump文件：

gdb /usr/bin/php /tmp/core.php-fpm.12345.1678886400
  • /usr/bin/php: PHP可执行文件的路径。这是生成Core Dump文件的程序。
  • /tmp/core.php-fpm.12345.1678886400: Core Dump文件的路径。

加载成功后，GDB会显示程序的崩溃信息，例如信号类型、崩溃地址等等。

4. GDB常用命令回顾

在分析Core Dump之前，我们需要回顾一些常用的GDB命令：

命令 作用
bt (backtrace) 显示当前线程的堆栈跟踪信息。
frame <n> 切换到堆栈中的第n帧。
info locals 显示当前帧的局部变量。
print <var> 打印变量的值。
next 单步执行，跳过函数调用。
step 单步执行，进入函数调用。
continue 继续执行程序。
quit 退出GDB。
info threads 显示所有线程的信息。
thread <n> 切换到第n个线程。
up 在堆栈中向上移动一帧（调用者）。
down 在堆栈中向下移动一帧（被调用者）。
list 显示当前代码段的源代码。需要编译时包含调试信息，例如使用 -g 选项。
x/<nfu> <addr> 以指定格式显示内存内容。
info args 显示当前函数的参数。

x/<nfu> <addr> 详解：

  • n: 显示多少个单元。
  • f: 显示格式。常用的有：
    • x: 十六进制。
    • d: 十进制。
    • s: 字符串。
    • i: 指令。
  • u: 单元大小。常用的有：
    • b: 字节 (byte)。
    • h: 半字 (halfword, 2 bytes)。
    • w: 字 (word, 4 bytes)。
    • g: 双字 (giant word, 8 bytes)。
  • <addr>: 内存地址。

例如，x/10xw 0x7ffff7a00000 表示从地址 0x7ffff7a00000 开始，以十六进制格式显示 10 个字（40 个字节）的内容。 x/s 0x7ffff7a00000 表示从地址0x7ffff7a00000开始，以字符串格式显示内容。

5. 分析Zend执行栈

Zend执行栈是PHP解释器执行PHP代码的核心数据结构。它记录了函数调用关系、局部变量、操作数等等信息。通过分析Zend执行栈，可以了解程序崩溃时的执行流程，从而定位问题。

5.1 查看堆栈跟踪信息

在GDB中，可以使用bt命令查看堆栈跟踪信息。堆栈跟踪信息会显示函数调用链，以及每个函数的地址和参数。

(gdb) bt
#0  0x00007f9a5b123456 in zend_mm_free_int (heap=0x7f9a5b345678, ptr=0x7f9a5b567890) at /path/to/php/Zend/zend_alloc.c:2560
#1  0x00007f9a5b134567 in zend_string_release (zs=0x7f9a5b567890) at /path/to/php/Zend/zend_string.c:456
#2  0x00007f9a5b145678 in zval_ptr_dtor (zval_ptr=0x7f9a5b789012) at /path/to/php/Zend/zend_variables.c:1234
#3  0x00007f9a5b156789 in zend_hash_destroy (ht=0x7f9a5b901234) at /path/to/php/Zend/zend_hash.c:5678
#4  0x00007f9a5b167890 in zval_dtor (zvalue=0x7f9a5bb23456) at /path/to/php/Zend/zend_variables.c:890
#5  0x00007f9a5b178901 in execute_ex (opline=0x7f9a5bd45678, execute_data=0x7f9a5bf67890) at /path/to/php/Zend/zend_vm_execute.c:3456
#6  0x00007f9a5b189012 in zend_execute (op_array=0x7f9a5c189012, return_value=0x7f9a5c3a5678) at /path/to/php/Zend/zend_vm_execute.c:4567
#7  0x00007f9a5b19a123 in zend_execute_scripts (type=8, retval=0x7f9a5c5c7890, file_count=1) at /path/to/php/Zend/zend.c:1234
#8  0x00007f9a5b1ab234 in php_execute_script (primary_file=0x7f9a5c7e9012) at /path/to/php/main/main.c:2345
#9  0x00007f9a5b1bc345 in do_cli (argc=2, argv=0x7ffc98765432) at /path/to/php/sapi/cli/cli_main.c:3456
#10 0x00007f9a5b1cd456 in main (argc=2, argv=0x7ffc98765432) at /path/to/php/sapi/cli/cli_main.c:4567

这个堆栈跟踪信息显示了程序崩溃时，函数调用的顺序。从上到下，依次是被调用函数到调用函数。通常，需要关注最上面的几帧，因为它们最接近崩溃点。

5.2 切换堆栈帧

使用frame <n>命令可以切换到堆栈中的第n帧。例如，frame 5表示切换到第5帧。切换堆栈帧后，可以使用info locals命令查看当前帧的局部变量。

(gdb) frame 5
#5  0x00007f9a5b178901 in execute_ex (opline=0x7f9a5bd45678, execute_data=0x7f9a5bf67890) at /path/to/php/Zend/zend_vm_execute.c:3456
(gdb) info locals
opline = (const zend_op *) 0x7f9a5bd45678
execute_data = (zend_execute_data *) 0x7f9a5bf67890

execute_ex 函数是 Zend 虚拟机执行PHP代码的核心函数。 opline 指向当前执行的Zend操作码， execute_data 包含了当前执行上下文的信息，例如局部变量、函数参数等等。

5.3 查看Zend操作码

可以通过 opline 变量查看当前执行的Zend操作码。由于 opline 是一个指向 zend_op 结构的指针，所以需要先打印出这个指针的值，然后才能查看结构的内容。

(gdb) p opline
$1 = (const zend_op *) 0x7f9a5bd45678
(gdb) p *opline
$2 = {opcode = ZEND_ASSIGN, op1 = {var = {constant = 0, tmp_var = 0}, num = 0, type = IS_CV, u = {EA = 0, cache = 0x0}}, op2 = {var = {constant = 0, tmp_var = 0}, num = 0, type = IS_CONST, u = {constant = {type = IS_STRING, value = {str = 0x7f9a5c9abcdef}}}, cache = 0x0}}, result = {var = {constant = 0, tmp_var = 0}, num = 0, type = IS_CV, u = {EA = 1, cache = 0x0}}, extended_value = 0, lineno = 123, jump_addr = 0x0}

这个输出显示当前执行的操作码是 ZEND_ASSIGN，表示赋值操作。 op1 和 op2 分别表示赋值操作的左侧和右侧操作数， result 表示赋值结果。 lineno 表示当前操作码对应的PHP代码行号。

5.4 查看执行上下文

execute_data 包含了当前执行上下文的信息，例如局部变量、函数参数等等。可以通过打印 execute_data 变量来查看这些信息。由于 execute_data 是一个指向 zend_execute_data 结构的指针，所以需要先打印出这个指针的值，然后才能查看结构的内容。

(gdb) p execute_data
$3 = (zend_execute_data *) 0x7f9a5bf67890
(gdb) p *execute_data
$4 = {opline = 0x7f9a5bd45678, func = {op_array = 0x7f9a5c189012, common = {type = 6, refcount = {val = 2}, attributes = 0, function_name = 0x7f9a5c3a5678, scope = 0x0, prototype = 0x0}}, This = {u = {v = {val = {lval = 0, dval = 0, str = 0x0, arr = 0x0, obj = 0x0, res = 0x0, ref = 0x0}, type = IS_UNDEF}, next = 0x0}, w = {w1 = 0, w2 = 0}}, symbol_table = 0x7f9a5c5c7890, prev_execute_data = 0x7f9a5c7e9012, call = {return_value = 0x7f9a5c9abcdef, call_code = 0x0, parameters = 0x0}, CVs = 0x7f9a5cbbdef0}

opline 再次指向当前执行的Zend操作码。 func 包含了当前执行的函数的信息，例如函数名、参数等等。 This 指向当前对象的指针（如果是在对象方法中）。 symbol_table 指向当前符号表，包含了局部变量的信息。 prev_execute_data 指向上一个执行上下文，用于函数返回时恢复执行状态。 CVs 指向编译变量的数组。

要查看局部变量，需要访问 symbol_table 。 symbol_table 是一个指向 HashTable 结构的指针，可以使用GDB命令遍历哈希表，并打印出每个变量的值。由于直接遍历 HashTable 比较复杂，可以使用一些PHP相关的GDB扩展来简化操作。

6. 查看内存变量

除了分析Zend执行栈，还可以直接查看内存中的变量值。可以使用print命令打印变量的值，或者使用x命令查看指定地址的内存内容。

6.1 打印变量的值

在GDB中，可以使用print命令打印变量的值。例如，要打印变量opline的值，可以使用以下命令：

(gdb) print opline
$1 = (const zend_op *) 0x7f9a5bd45678

如果变量是一个结构体或对象，可以使用.运算符访问其成员。例如，要打印opline的opcode成员，可以使用以下命令：

(gdb) print opline->opcode
$2 = ZEND_ASSIGN

6.2 查看指定地址的内存内容

使用x命令可以查看指定地址的内存内容。例如，要查看地址0x7f9a5bd45678的内存内容，可以使用以下命令：

(gdb) x/20xb 0x7f9a5bd45678
0x7f9a5bd45678: 0x01    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00
0x7f9a5bd45680: 0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00    0x00
0x7f9a5bd45688: 0x00    0x00    0x00    0x00

这个命令表示从地址0x7f9a5bd45678开始，以十六进制格式显示 20 个字节的内容。

可以使用不同的格式选项来查看不同类型的数据。例如，要查看字符串，可以使用x/s命令：

(gdb) x/s 0x7f9a5c9abcdef
0x7f9a5c9abcdef:  "Hello, world!"

6.3 使用PHP-GDB扩展

为了更方便地调试PHP程序，可以使用一些PHP相关的GDB扩展。这些扩展提供了一些有用的命令，例如：

  • zbacktrace: 显示PHP堆栈跟踪信息。
  • zprint <var>: 打印PHP变量的值。
  • zframe: 切换到指定的PHP堆栈帧。

安装PHP-GDB扩展的方法可以参考相关文档。安装完成后，可以在GDB中使用这些命令，更方便地分析PHP程序的Core Dump文件。

7. 实战案例分析

假设我们有一个简单的PHP脚本，在运行时会发生崩溃：

<?php

function crash_function() {
  $arr = [];
  for ($i = 0; $i < 10; $i++) {
    $arr[$i] = str_repeat("A", 1024 * 1024); // 分配大量内存
  }
  unset($arr);
  // 触发内存错误
  $ptr = null;
  $ptr->foo();
}

crash_function();

?>

这个脚本首先定义了一个 crash_function 函数，该函数分配大量的内存，然后尝试调用一个空对象的成员函数，导致崩溃。

7.1 生成Core Dump文件

运行这个脚本，会生成一个Core Dump文件。

7.2 使用GDB加载Core Dump文件

使用以下命令加载Core Dump文件：

gdb /usr/bin/php /tmp/core.php-fpm.12345.1678886400

7.3 分析堆栈跟踪信息

使用bt命令查看堆栈跟踪信息：

(gdb) bt
#0  0x00007f9a5b123456 in zend_std_call_user_function (function=0x7f9a5b345678, obj=0x0, call_slot=0, return_value=0x7f9a5b567890, params=0x0) at /path/to/php/Zend/zend_execute.c:1234
#1  0x00007f9a5b134567 in ZEND_CALL_FUNCTION_SPEC_HANDLER (execute_data=0x7f9a5b789012) at /path/to/php/Zend/zend_vm_execute.h:5678
#2  0x00007f9a5b145678 in execute_ex (opline=0x7f9a5b901234, execute_data=0x7f9a5bb23456) at /path/to/php/Zend/zend_vm_execute.c:3456
#3  0x00007f9a5b156789 in zend_execute (op_array=0x7f9a5bd45678, return_value=0x7f9a5bf67890) at /path/to/php/Zend/zend_vm_execute.c:4567
#4  0x00007f9a5b167890 in zend_execute_scripts (type=8, retval=0x7f9a5c189012, file_count=1) at /path/to/php/Zend/zend.c:1234
#5  0x00007f9a5b178901 in php_execute_script (primary_file=0x7f9a5c3a5678) at /path/to/php/main/main.c:2345
#6  0x00007f9a5b189012 in do_cli (argc=2, argv=0x7ffc98765432) at /path/to/php/sapi/cli/cli_main.c:3456
#7  0x00007f9a5b19a123 in main (argc=2, argv=0x7ffc98765432) at /path/to/php/sapi/cli/cli_main.c:4567

从堆栈跟踪信息可以看出，崩溃发生在 zend_std_call_user_function 函数中。这个函数是用于调用用户自定义函数的。

7.4 查看局部变量

切换到第2帧（execute_ex函数）后，使用info locals命令查看局部变量：

(gdb) frame 2
#2  0x00007f9a5b145678 in execute_ex (opline=0x7f9a5b901234, execute_data=0x7f9a5bb23456) at /path/to/php/Zend/zend_vm_execute.c:3456
(gdb) info locals
opline = (const zend_op *) 0x7f9a5b901234
execute_data = (zend_execute_data *) 0x7f9a5bb23456

7.5 查看Zend操作码

查看 opline 指向的Zend操作码：

(gdb) p *opline
$1 = {opcode = ZEND_CALL, op1 = {var = {constant = 0, tmp_var = 0}, num = 0, type = IS_UNUSED, u = {EA = 0, cache = 0x0}}, op2 = {var = {constant = 0, tmp_var = 0}, num = 0, type = IS_UNUSED, u = {EA = 0, cache = 0x0}}, result = {var = {constant = 0, tmp_var = 0}, num = 0, type = IS_UNUSED, u = {EA = 0, cache = 0x0}}, extended_value = 0, lineno = 8, jump_addr = 0x0}

opcode 是 ZEND_CALL， 表示函数调用。 lineno 是 8， 对应PHP代码中的 $ptr->foo(); 行。

通过分析堆栈跟踪信息和Zend操作码，可以确定崩溃发生在调用空对象的成员函数时。

8. 一些需要注意的事项

  • 编译调试信息: 在编译PHP时，需要包含调试信息，例如使用-g选项。这样GDB才能正确地显示源代码和变量信息。
  • 符号文件: 有时候，GDB可能无法找到PHP的符号文件。需要确保GDB可以找到符号文件的路径。可以使用symbol-file命令指定符号文件的路径。
  • 多线程: PHP-FPM是多线程的，在分析Core Dump时，需要注意线程的切换。可以使用info threads命令查看所有线程的信息，然后使用thread <n>命令切换到指定的线程。
  • 内存管理: PHP的内存管理比较复杂，涉及到Zend内存管理器、GC等等。在分析Core Dump时，需要对PHP的内存管理机制有一定的了解。
  • GDB扩展: 可以使用一些GDB扩展来简化PHP的调试工作。例如，可以使用PHP-GDB扩展来显示PHP堆栈跟踪信息和变量值。

这篇讲座详细介绍了如何配置PHP生成Core Dump，以及如何使用GDB调试Zend执行栈和内存变量。通过学习这些知识，可以更好地定位和解决PHP程序中的崩溃问题。

总结一下重点：

Core Dump是定位PHP崩溃问题的重要工具。通过合理配置和GDB分析，可以深入了解程序崩溃时的状态，快速定位问题根源，提升开发效率。

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