Segmentation Fault Core Dumped Ubuntu

什么是段错误？

段错误（Segmentation Fault）或访问冲突（简称为segfault）是一种硬件内存保护产生的故障，它指示操作系统软件尝试访问一个受限制的内存区域（内存访问冲突）。

在标准的 x86 系统上，这是一种通用保护性故障。作为响应，操作系统内核通常会执行一些纠正操作，一般是通过向进程发送一个信号来将该故障转交给有问题的进程。

在某些情况下，进程可以安装一个信号处理器，允许它们自行恢复，否则将使用操作系统的默认信号处理器，通常会导致进程异常终止，有时还会产生核心转储（core dump）。

• 段错误是许多语言（例如提供低级内存访问和一些安全检查的C语言）中程序的常见错误类型。
• 主要原因通常是由于在使用指针进行虚拟内存寻址时出现多种错误，特别是非法访问。
• 其他类型的内存访问错误包括总线错误，它也有多种原因。
• 总线错误主要由于不准确的物理内存寻址或未对齐的内存访问引起。
• 这些是硬件无法寻址的内存引用，而不是进程无权访问的引用。
• 多种编程语言可能应用旨在避免段错误并实现内存安全的机制。例如，Rust编程语言应用一种基于所有权的模式来确保内存安全。而Java和Lisp等语言则应用垃圾回收机制，它忽略了许多可能导致段错误的内存错误类型。

段错误概述

• 当任何程序尝试访问它无权访问的内存位置，或以不允许的方式访问内存位置（例如，尝试写入只读位置，或覆盖操作系统部分）时，就会发生段错误。
• 在计算领域，“分段”一词有多种用法。在段错误（自 20 世纪 50 年代开始使用）的语境下，它定义了程序的地址空间，只有程序的地址空间可以通过内存保护进行读取，并且其中只有栈和数据段的可读写部分是可写的。因此，尝试读取程序地址空间之外的内容，或写入地址空间的只读部分会导致段错误。
• 如果硬件检测到尝试引用一个不存在的段、一个超出段边界的位置，或在使用硬件内存分段提供虚拟内存的系统中，在未经允许的情况下访问某个段，就会发生段错误。
• 通常，在仅使用分页的系统上，无效的页错误会导致段错误。页错误和段错误都是由虚拟内存管理系统引起的故障。此外，段错误可以独立于页错误发生；对任何有效页的非法访问就是段错误。段错误可能出现在页的中间。例如，发生在页内但非法覆盖内存的缓冲区溢出。
• 最初，该故障是由MMU（内存管理单元）在非法访问时产生的，作为其内存保护方面的一部分，或在硬件层面产生无效页错误。如果问题不是无效的逻辑地址而是无效的物理地址，则会发生总线错误。因此，这些不总是区分开来的。
• 发现此故障后，会向有问题的进程发送信号，从而在操作系统层面激活进程的信号处理器。不同类型的操作系统有不同的信号名称来指示发生了段错误。
• 在类 Unix 操作系统上，一个称为 SIGSEGV（segmentation violation 的缩写）的信号会被发送给有问题的进程。在 Microsoft Windows 上，有问题的进程会收到一个异常，即 STATUS_ACCESS_VIOLATION。

段错误的原因

发生段错误的情况及其表现方式因操作系统和硬件而异。不同的硬件会为不同的情况产生不同的故障，不同的操作系统会将这些故障转换为发送给进程的不同信号。

根本原因可能是软件的某种错误，导致了内存访问冲突。在某些情况下，程序会一致地导致段错误，从而使调试或确定根本原因变得容易。然而，在其他情况下，bug 可能难以重现，并且依赖于每次运行的内存分配。

以下是一些典型的段错误原因：

• 尝试访问不存在的内存地址（超出进程地址空间范围）
• 尝试访问程序没有权限访问的内存（例如，在进程上下文中访问内核结构）
• 尝试写入只读内存（例如，代码段）
• 这些通常是由多种编程错误引起的，这些错误会导致无效的内存访问：
• 尝试执行一个没有正确编译的程序。（一些编译器即使存在编译时错误也会生成可执行文件。）
• 栈溢出
• 缓冲区溢出
• 对已释放指针进行赋值或解引用（悬垂指针，指向已被删除/去分配/释放的内存）
• 对未初始化指针进行赋值或解引用（野指针，指向随机内存地址）
• 解引用空指针通常表示一个地址，该地址不是进程地址空间的一部分

段错误经常是由于指针使用错误引起的，尤其是在 C 代码的C 动态内存分配中。解引用空指针会导致未定义的行为，并导致段错误。这是因为空指针不可能是有效的内存地址。悬垂指针和野指针指向可能存在也可能不存在，可能可写也可能可读的内存，因此可能导致瞬时性 bug。

解决 Ubuntu 中的段错误

此错误可能在任何时候出现在我们的 Ubuntu 系统上。段错误是指我们的系统尝试访问不存在的任何内存页。Core dumped（核心转储）表示代码部分尝试对空闲或只读位置执行写入和读取操作。通常，segfaults 与名为 core 的文件相关联，并在升级过程中发生。

在核心转储情况下执行某些命令时，我们可能会遇到“无法打开锁文件”错误。这是因为系统正尝试获取一个不存在的块。这是由于某些特定程序的二进制文件崩溃造成的。

我们可能正在调试或回溯以解决此问题，但解决方案是通过执行以下提及的步骤来修复损坏的软件包：

1. 删除位于不同位置的锁文件。

2. 删除仓库缓存。

3. 升级和更新我们的仓库缓存。

4. 现在升级我们的发行版，它将更新我们的软件包。

5. 搜索损坏的软件包并强制删除它们。

除了命令行之外，以下是一种始终有效的好方法：

1. 在启动模式下，重新启动 Ubuntu 时，按 Esc 键。
2. 选择“Ubuntu 的高级选项”
   
3. 在恢复模式下运行 Ubuntu，会显示多个选项。
4. 首先，选择“修复损坏的软件包”
   
5. 然后，选择“继续正常启动”
   

现在，我们有两种方法可以解决段错误：GUI 和 CLI。有时，由于segfault，apt 命令可能无法正常工作，因此 CLI 方法将不起作用。在这种情况下，不用担心，因为 GUI 方法将始终对我们有效。

处理段错误

总线错误或段错误的默认行为是异常终止遇到它的进程。可能会生成核心文件以帮助调试，也可能执行其他平台相关的任务。例如，许多应用了grsecurity 补丁的 Linux 系统可能会记录 SIGSEGV 信号，以监视可能通过缓冲区溢出进行的入侵尝试。

在某些系统（如 Windows 和 Linux）上，程序本身可以处理段错误。运行的程序不仅可以管理事件，还可以提取其状态的一些详细信息，例如处理器寄存器值、堆栈跟踪、遇到错误的源代码行、被非法访问的内存地址，以及根据操作系统和架构，该任务是写入还是读取。

然而，虽然段错误表明程序存在需要修复的错误，但也可以有意地引起这种故障，用于测试目的、调试，以及模仿需要直接内存访问的平台。在后一种情况下，系统应能够允许程序在错误发生后继续执行。

在这种情况下，当系统允许时，可以管理事件并增强处理器程序计数器以“跳转”到失败的指令继续执行。

段错误的示例

写入只读内存

这会引起段错误。当程序因代码错误在代码段或数据段的只读部分写入时，就会发生这种情况，因为这些部分由操作系统加载到只读内存中。

空指针解引用

在 C 和其他类 C 语言中，空指针用于表示“指向空对象的指针”，并作为错误指示符。对空指针进行解引用（对空指针进行读写）是一个非常基本的程序错误。

标准并没有规定空指针等同于指向内存地址 0 的指针，尽管这可能是实际情况。几乎所有的操作系统都会映射空指针地址，使其使用该指针会导致段错误。

C 标准不保证此行为。在 C 语言中，解引用空指针是未定义行为，符合标准的实现可以假定被解引用的指针不是空指针。

缓冲区溢出

栈溢出