在Linux系统中,异常捕获是保障系统稳定性的关键技术，无论是开发调试还是运维监控，都离不开对异常事件的精准捕捉与处理，Linux环境下的异常类型多样，捕获机制也涉及用户空间与内核空间的协同，本文将系统梳理相关概念、工具与实践方法。
Linux异常的核心类型
Linux异常可分为用户空间异常与内核空间异常两大类,用户空间异常主要由程序逻辑错误或资源不足触发，常见信号包括：SIGSEGV（段错误，访问非法内存）、SIGFPE（浮点异常，如除零运算）、SIGABRT（程序异常终止，通常由assert触发）等，这些信号由内核生成，通过信号机制传递给目标进程，若进程未定义处理函数，默认行为是终止并生成core dump文件。
内核空间异常则涉及更深层次的问题,如页错误（缺页中断、非法地址访问）、硬件异常（如机器检查异常，MCE）、系统调用异常（参数错误、权限不足）等，内核异常通过中断向量或异常码（如x86架构的CR2寄存器保存错误地址，错误码标识读写权限）定位，部分严重异常会导致内核panic，系统重启并输出调用栈信息。
异常捕获的核心机制
用户空间信号处理
信号是用户空间捕获异常的主要方式,通过signal()或sigaction()函数可注册信号处理函数，后者支持更精细的控制（如设置SA_RESTART标志自动重启被中断的系统调用），捕获SIGSEGV的示例代码如下：
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
void sigsegv_handler(int sig) {
printf("Caught SIGSEGV at address: %p\n", (void*)__builtin_frame_address(0));
_exit(1);
}
int main() {
signal(SIGSEGV, sigsegv_handler);
int *p = NULL; *p = 1; // 触发段错误
return 0;
}
需注意,信号处理函数需保持异步安全性（避免调用非异步安全函数，如malloc），且处理过程中可能被其他信号中断。
内核空间跟踪与调试
内核异常需通过内核级工具捕获。ptrace是Linux提供的进程跟踪系统调用，调试器（如gdb）通过ptrace附加到目标进程，监控其系统调用、信号传递与内存访问，实现异常断点调试，使用ptrace(PTRACE_TRACESYSG, child, 0, 0)可跟踪子进程的系统调用与信号事件。
内核模块（如kprobe、ftrace）则用于跟踪内核函数与事件，kprobe可在内核函数入口/动态插入探针，记录参数与返回值；ftrace通过tracefs文件系统提供轻量级跟踪，适合监控页错误、调度器事件等内核异常。
实用工具与场景实践
gdb：用户空间异常调试利器
gdb是调试用户空间异常的核心工具,支持加载core dump文件、分析栈回溯、查看寄存器与内存状态，程序因段错误崩溃后，通过以下命令定位问题：
gdb ./program core (gdb) bt # 打印调用栈 (gdb) info registers # 查看寄存器状态，如EIP（x86）或PC（ARM） (gdb) x/10i $eip # 反汇编错误地址附近的指令
结合catch signal命令，可动态捕获信号并设置断点，如(gdb) catch signal SIGSEGV。
strace：系统调用级异常追踪
strace通过跟踪进程的系统调用与信号传递,定位异常前的操作，排查程序异常退出时，使用strace -o trace.log -f ./program，分析trace.log中最后调用的系统调用（如open、mmap）及返回错误码（ENOENT、ENOMEM等）。
core dump与系统日志配置
启用core dump是分析用户空间异常的关键，通过ulimit -c unlimited取消core文件大小限制，并配置/proc/sys/kernel/core_pattern（如|/usr/bin/crash -o %p %e %h %s）自定义处理方式，内核异常则通过dmesg查看日志，或配置syslog转发到日志服务器，结合kdump捕获内核崩溃时的内存镜像。
Linux异常捕获需结合用户空间信号处理、内核级跟踪工具及调试器，形成“异常定位-根因分析-修复验证”的闭环，从开发阶段的代码调试（gdb、strace）到生产环境的监控（kdump、ftrace），完善的异常捕获机制不仅能快速定位故障，更能通过异常模式分析优化系统稳定性，是Linux系统开发与运维的核心能力。
