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 ：

cpp 复制代码

// 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SIGSEGV
        info.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 ：

cpp 复制代码

// 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SIGSEGV
        kill_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 ：

cpp 复制代码

// 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 ：

cpp 复制代码

// 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SIGBUS
    send_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。