linxu内核的signal fault和arm内核的flault
一、情景引入
我们在分析linux或者安卓系统的coredump文件时，经常碰见SIGSEGV（段错误）、SIGBUS（总线错误）。那么这些错误和arm内核的各种硬件fault有什么关联呢？
二、基本概念
Signal Fault：这是 Linux 系统通过信号机制通知进程发生错误的一种方式。例如，SIGSEGV（段错误）、SIGBUS（总线错误）、SIGILL（非法指令）等信号都属于 Signal Fault。
ARM 内核定义了多种异常类型，用于处理硬件层面的错误情况，常见的 ARM 内核 Fault 包括：
- Data Abort：在数据访问（读取或写入）出错时触发。
- Prefetch Abort：指令预取失败时会引发该异常。
- Undefined Instruction：遇到无法识别的指令时产生。
- Bus Fault：总线访问失败，比如地址对齐错误或者外设响应超时。
三、关联机制
当 ARM 内核检测到硬件 Fault 时，会触发相应的异常处理流程。Linux 内核中的异常处理程序会捕获这些硬件异常，并将其转换为用户空间的 Signal，具体对应关系如下：
| ARM 内核 Fault | Linux Signal | 常见原因 |
|---|---|---|
| Data Abort | SIGSEGV 或 SIGBUS | - SIGSEGV：访问未映射的内存地址 - SIGBUS：访问的地址有效，但总线传输失败（如非对齐访问） |
| Prefetch Abort | SIGILL | 指令地址无效或指令格式错误 |
| Undefined Instruction | SIGILL | 执行了 ARM 架构不支持的指令 |
| Bus Fault | SIGBUS | 总线访问错误，例如地址未对齐、外设故障 |
SIGSEGV vs SIGBUS
这两个信号都与内存访问错误有关，但具体场景不同：
- SIGSEGV（段错误）：通常是因为访问了未映射的虚拟地址。比如，解引用空指针（
*NULL）或者访问越界的数组元素。 - SIGBUS（总线错误）：更多是硬件层面的问题，例如：
- 非对齐访问（在 ARMv7-M 等架构中，某些指令要求数据地址必须对齐）。
- 访问物理设备地址时，外设响应错误。
四、映射源码解读
1. ARM 架构的异常处理核心逻辑
- 文件路径：
arch/arm/kernel/traps.c - 关键函数：
do_DataAbort()、do_PrefetchAbort()、do_BusFault() - 信号映射示例：
// 处理数据中止异常 static void do_DataAbort(unsigned long addr, unsigned int fsr, struct pt_regs *regs) {struct siginfo info;...// 根据错误类型设置不同的信号if (user_mode(regs)) {info.si_signo = SIGSEGV; // 默认发送SIGSEGVinfo.si_code = SEGV_MAPERR; // 映射错误...force_sig_info(SIGSEGV, &info, current); // 向当前进程发送信号} else {die("Oops", regs, fault_code);} }
2. Bus Fault 的具体处理
- 文件路径：
arch/arm/mm/fault.c - 关键函数：
do_bad_area()、do_translation_fault() - 信号映射逻辑：
// 处理无效地址访问 static int do_bad_area(unsigned long addr, unsigned int fsr,struct pt_regs *regs) {if (user_mode(regs)) {// 对用户空间地址，发送SIGSEGVkill_faulted_task(current, addr, fsr, regs, SIGSEGV);return 0;}... }
3. 非对齐访问的特殊处理
- 文件路径：
arch/arm/mm/alignment.c - 配置选项：通过
CONFIG_ARM_UNALIGNED_ACCESS控制是否允许非对齐访问 - 信号映射：
// 非对齐访问错误处理 static void __do_unaligned_access(struct pt_regs *regs, unsigned long addr) {if (user_mode(regs)) {// 发送SIGBUS信号force_sig_fault(SIGBUS, BUS_ADRALN, (void __user *)addr, current);return;}... }
4. ARMv7-M 架构的特殊处理
- 文件路径：
arch/arm/mach-cortexm/exception.c - 关键函数：
hard_fault_handler()、bus_fault_handler() - 信号映射：
// Cortex-M的总线错误处理 void bus_fault_handler(struct pt_regs *regs) {// 通常通过系统调用向用户空间发送SIGBUSsend_sig(SIGBUS, current, 0);... }
总结
- 主要映射逻辑：
arch/arm/kernel/traps.c和arch/arm/mm/fault.c - 架构差异：ARMv7-M 与 ARMv7-A/R 的处理略有不同，具体取决于内核配置和硬件特性。