iOS異常捕獲

發表於2016-09-11

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前言

今天在ios高階群237305299，有朋友問到iOS的異常捕捉的問題，這一塊以前也沒有研究過，趁此機會研究了一把。並寫了一個demo，如有需要可以在文章最下面去下載。

在閱讀文章之前，建議大家在閱讀完此篇文章後可以閱讀漫談iOS Crash收集框架，瞭解一下原理。

開發iOS應用，解決Crash問題始終是一個難題。Crash分為兩種，一種是由EXC_BAD_ACCESS引起的，原因是訪問了不屬於本程式的記憶體地址，有可能是訪問已被釋放的記憶體；另一種是未被捕獲的Objective-C異常（NSException），導致程式向自身傳送了SIGABRT訊號而崩潰。其實對於未捕獲的Objective-C異常，我們是有辦法將它記錄下來的，如果日誌記錄得當，能夠解決絕大部分崩潰的問題。這裡對於UI執行緒與後臺執行緒分別說明

一. 系統Crash

對於系統Crash而引起的程式異常退出，可以通過UncaughtExceptionHandler機制捕獲；也就是說在程式中catch以外的內容，被系統自帶的錯誤處理而捕獲。我們要做的就是用自定義的函式替代該ExceptionHandler即可。

二. 處理signal

使用Objective-C的異常處理是不能得到signal的，如果要處理它，我們還要利用unix標準的signal機制，註冊SIGABRT, SIGBUS, SIGSEGV等訊號發生時的處理函式。該函式中我們可以輸出棧資訊，版本資訊等其他一切我們所想要的。

下面是一些訊號說明

1) SIGHUP
本訊號在使用者終端連線(正常或非正常)結束時發出, 通常是在終端的控制程式結束時, 通知同一session內的各個作業, 這時它們與控制終端不再關聯。
登入Linux時，系統會分配給登入使用者一個終端(Session)。在這個終端執行的所有程式，包括前臺程式組和後臺程式組，一般都屬於這個 Session。當使用者退出Linux登入時，前臺程式組和後臺有對終端輸出的程式將會收到SIGHUP訊號。這個訊號的預設操作為終止程式，因此前臺進程組和後臺有終端輸出的程式就會中止。不過可以捕獲這個訊號，比如wget能捕獲SIGHUP訊號，並忽略它，這樣就算退出了Linux登入， wget也能繼續下載。
此外，對於與終端脫離關係的守護程式，這個訊號用於通知它重新讀取配置檔案。
2) SIGINT
程式終止(interrupt)訊號, 在使用者鍵入INTR字元(通常是Ctrl-C)時發出，用於通知前臺程式組終止程式。
3) SIGQUIT
和SIGINT類似, 但由QUIT字元(通常是Ctrl-)來控制. 程式在因收到SIGQUIT退出時會產生core檔案, 在這個意義上類似於一個程式錯誤訊號。
4) SIGILL
執行了非法指令. 通常是因為可執行檔案本身出現錯誤, 或者試圖執行資料段. 堆疊溢位時也有可能產生這個訊號。
5) SIGTRAP
由斷點指令或其它trap指令產生. 由debugger使用。
6) SIGABRT
呼叫abort函式生成的訊號。
7) SIGBUS
非法地址, 包括記憶體地址對齊(alignment)出錯。比如訪問一個四個字長的整數, 但其地址不是4的倍數。它與SIGSEGV的區別在於後者是由於對合法儲存地址的非法訪問觸發的(如訪問不屬於自己儲存空間或只讀儲存空間)。
8) SIGFPE
在發生致命的算術運算錯誤時發出. 不僅包括浮點運算錯誤, 還包括溢位及除數為0等其它所有的算術的錯誤。
9) SIGKILL
用來立即結束程式的執行. 本訊號不能被阻塞、處理和忽略。如果管理員發現某個程式終止不了，可嘗試傳送這個訊號。
10) SIGUSR1
留給使用者使用
11) SIGSEGV
試圖訪問未分配給自己的記憶體, 或試圖往沒有寫許可權的記憶體地址寫資料.
12) SIGUSR2
留給使用者使用
13) SIGPIPE
管道破裂。這個訊號通常在程式間通訊產生，比如採用FIFO(管道)通訊的兩個程式，讀管道沒開啟或者意外終止就往管道寫，寫程式會收到SIGPIPE訊號。此外用Socket通訊的兩個程式，寫程式在寫Socket的時候，讀程式已經終止。
14) SIGALRM
時鐘定時訊號, 計算的是實際的時間或時鐘時間. alarm函式使用該訊號.
15) SIGTERM
程式結束(terminate)訊號, 與SIGKILL不同的是該訊號可以被阻塞和處理。通常用來要求程式自己正常退出，shell命令kill預設產生這個訊號。如果程式終止不了，我們才會嘗試SIGKILL。
17) SIGCHLD
子程式結束時, 父程式會收到這個訊號。
如果父程式沒有處理這個訊號，也沒有等待(wait)子程式，子程式雖然終止，但是還會在核心程式表中佔有表項，這時的子程式稱為殭屍程式。這種情況我們應該避免(父程式或者忽略SIGCHILD訊號，或者捕捉它，或者wait它派生的子程式，或者父程式先終止，這時子程式的終止自動由init程式來接管)。
18) SIGCONT
讓一個停止(stopped)的程式繼續執行. 本訊號不能被阻塞. 可以用一個handler來讓程式在由stopped狀態變為繼續執行時完成特定的工作. 例如, 重新顯示提示符
19) SIGSTOP
停止(stopped)程式的執行. 注意它和terminate以及interrupt的區別:該程式還未結束, 只是暫停執行. 本訊號不能被阻塞, 處理或忽略.
20) SIGTSTP
停止程式的執行, 但該訊號可以被處理和忽略. 使用者鍵入SUSP字元時(通常是Ctrl-Z)發出這個訊號
21) SIGTTIN
當後臺作業要從使用者終端讀資料時, 該作業中的所有程式會收到SIGTTIN訊號. 預設時這些程式會停止執行.
22) SIGTTOU
類似於SIGTTIN, 但在寫終端(或修改終端模式)時收到.
23) SIGURG
有”緊急”資料或out-of-band資料到達socket時產生.
24) SIGXCPU
超過CPU時間資源限制. 這個限制可以由getrlimit/setrlimit來讀取/改變。
25) SIGXFSZ
當程式企圖擴大檔案以至於超過檔案大小資源限制。
26) SIGVTALRM
虛擬時鐘訊號. 類似於SIGALRM, 但是計算的是該程式佔用的CPU時間.
27) SIGPROF
類似於SIGALRM/SIGVTALRM, 但包括該程式用的CPU時間以及系統呼叫的時間.
28) SIGWINCH
視窗大小改變時發出.
29) SIGIO
檔案描述符準備就緒, 可以開始進行輸入/輸出操作.
30) SIGPWR
Power failure
31) SIGSYS
非法的系統呼叫。

關鍵點注意

在以上列出的訊號中，程式不可捕獲、阻塞或忽略的訊號有：SIGKILL,SIGSTOP
不能恢復至預設動作的訊號有：SIGILL,SIGTRAP
預設會導致程式流產的訊號有：SIGABRT,SIGBUS,SIGFPE,SIGILL,SIGIOT,SIGQUIT,SIGSEGV,SIGTRAP,SIGXCPU,SIGXFSZ
預設會導致程式退出的訊號有:
SIGALRM,SIGHUP,SIGINT,SIGKILL,SIGPIPE,SIGPOLL,SIGPROF,SIGSYS,SIGTERM,SIGUSR1,SIGUSR2,SIGVTALRM
預設會導致程式停止的訊號有：SIGSTOP,SIGTSTP,SIGTTIN,SIGTTOU
預設程式忽略的訊號有：SIGCHLD,SIGPWR,SIGURG,SIGWINCH
此外，SIGIO在SVR4是退出，在4.3BSD中是忽略；SIGCONT在程式掛起時是繼續，否則是忽略，不能被阻塞。

三. 實戰

1.AppDelegate.m中

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
// Override point for customization after application launch.
    
InstallSignalHandler();//訊號量截斷
	InstallUncaughtExceptionHandler();//系統異常捕獲
    
return YES;
}

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {

// Override point for customization after application launch.

InstallSignalHandler();//訊號量截斷

InstallUncaughtExceptionHandler();//系統異常捕獲

return YES;

}

2.SignalHandler.m的實現

void SignalExceptionHandler(int signal)
{
    NSMutableString *mstr = [[NSMutableString alloc] init];
    [mstr appendString:@"Stack:\n"];
    void* callstack[128];
    int i, frames = backtrace(callstack, 128);
    char** strs = backtrace_symbols(callstack, frames);
    for (i = 0; i 
        [mstr appendFormat:@"%s\n", strs[i]];
    }
    [SignalHandler saveCreash:mstr];

}

void InstallSignalHandler(void)
{
    signal(SIGHUP, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGINT, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGQUIT, SignalExceptionHandler);
    
    signal(SIGABRT, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGILL, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGSEGV, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGFPE, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGBUS, SignalExceptionHandler);
    signal(SIGPIPE, SignalExceptionHandler);
}

void SignalExceptionHandler(int signal)

{

NSMutableString *mstr = [[NSMutableString alloc] init];

[mstr appendString:@"Stack:\n"];

void* callstack[128];

int i, frames = backtrace(callstack, 128);

char** strs = backtrace_symbols(callstack, frames);

for (i = 0; i

[mstr appendFormat:@"%s\n", strs[i]];

}

[SignalHandler saveCreash:mstr];

}

void InstallSignalHandler(void)

{

signal(SIGHUP, SignalExceptionHandler);

signal(SIGINT, SignalExceptionHandler);

signal(SIGQUIT, SignalExceptionHandler);

signal(SIGABRT, SignalExceptionHandler);

signal(SIGILL, SignalExceptionHandler);

signal(SIGSEGV, SignalExceptionHandler);

signal(SIGFPE, SignalExceptionHandler);

signal(SIGBUS, SignalExceptionHandler);

signal(SIGPIPE, SignalExceptionHandler);

}

有關錯誤型別可以看上面的說明，SignalExceptionHandler是訊號出錯時候的回撥。當有訊號出錯的時候，可以回撥到這個方法

3.UncaughtExceptionHandler.m的實現

void HandleException(NSException *exception)
{
    // 異常的堆疊資訊
    NSArray *stackArray = [exception callStackSymbols];
    // 出現異常的原因
    NSString *reason = [exception reason];
    // 異常名稱
    NSString *name = [exception name];
    NSString *exceptionInfo = [NSString stringWithFormat:@"Exception reason：%@\nException name：%@\nException stack：%@",name, reason, stackArray];
    NSLog(@"%@", exceptionInfo);
    [UncaughtExceptionHandler saveCreash:exceptionInfo];
}

void InstallUncaughtExceptionHandler(void)
{
    NSSetUncaughtExceptionHandler(&HandleException);
}

void HandleException(NSException *exception)

{

// 異常的堆疊資訊

NSArray *stackArray = [exception callStackSymbols];

// 出現異常的原因

NSString *reason = [exception reason];

// 異常名稱

NSString *name = [exception name];

NSString *exceptionInfo = [NSString stringWithFormat:@"Exception reason：%@\nException name：%@\nException stack：%@",name, reason, stackArray];

NSLog(@"%@", exceptionInfo);

[UncaughtExceptionHandler saveCreash:exceptionInfo];

}

void InstallUncaughtExceptionHandler(void)

{

NSSetUncaughtExceptionHandler(&HandleException);

}

4.測試–踩坑關鍵
這裡最關鍵的一步，SignalHandler不要在debug環境下測試。因為系統的debug會優先去攔截。我們要執行一次後，關閉debug狀態。應該直接在模擬器上點選我們build上去的app去執行。而UncaughtExceptionHandler可以在除錯狀態下捕捉

- (IBAction)buttonClick:(UIButton *)sender {
//1.訊號量
    Test *pTest = {1,2};
    free(pTest);//導致SIGABRT的錯誤，因為記憶體中根本就沒有這個空間，哪來的free，就在棧中的物件而已
    pTest->a = 5;
}
- (IBAction)buttonOCException:(UIButton *)sender
{
    //2.ios崩潰
    NSArray *array= @[@"tom",@"xxx",@"ooo"];
    [array objectAtIndex:5];
}

- (IBAction)buttonClick:(UIButton *)sender {

//1.訊號量

Test *pTest = {1,2};

free(pTest);//導致SIGABRT的錯誤，因為記憶體中根本就沒有這個空間，哪來的free，就在棧中的物件而已

pTest->a = 5;

}

- (IBAction)buttonOCException:(UIButton *)sender

{

//2.ios崩潰

NSArray *array= @[@"tom",@"xxx",@"ooo"];

[array objectAtIndex:5];

}

四. Crash Callstack分析 – 進⼀一步分析

屬性	說明
0x8badf00d	在啟動、終⽌止應⽤用或響應系統事件花費過⻓長時間,意為“ate bad food”。
0xdeadfa11	⽤使用者強制退出,意為“dead fall”。(系統⽆無響應時,⽤使用者按電源開關和HOME)
0xbaaaaaad	⽤使用者按住Home鍵和⾳音量鍵,獲取當前記憶體狀態,不代表崩潰
0xbad22222	VoIP應⽤用因為恢復得太頻繁導致crash
0xc00010ff	因為太燙了被幹掉,意為“cool off”
0xdead10cc	因為在後臺時仍然佔據系統資源(⽐比如通訊錄)被幹掉,意為“dead lock”