一、問題描述
最近在JNI開發中，【我的Android進階之旅】Android 如何防止 so庫文件被未知應用盜用？
拋了一個異常，然後運行的時候報如下所示的錯誤：
2021-01-08 14:25:58.170 10974-10974/com.csdn.ouyangpeng.jni D/ouyangpeng-jni-log: hex_sha 6A68B6BDBBB7E79772B2A075A7815537CCA57F6F
2021-01-08 14:25:58.170 10974-10974/com.csdn.ouyangpeng.jni D/ouyangpeng-jni-log: Verification Failed!
--------- beginning of crash
2021-01-08 14:25:58.170 10974-10974/com.csdn.ouyangpeng.jni A/libc: Fatal signal 4 (SIGILL), code 2 (ILL_ILLOPN), fault addr 0xd1649e40 in tid 10974 (.ouyangpeng.jni), pid 10974 (.ouyangpeng.jni)
但是我拋異常的代碼如下所示：
//用來拋出一個指定名字的異常。
void JNU_ThrowByName(JNIEnv *env, const char *name, const char *msg);
void JNU_ThrowByName(JNIEnv *env, const char *name, const char *msg) {
jclass cls = (*env).FindClass(name);
/*if cls is NULL, an exception has already been thrown */
if (cls) {
(*env).ThrowNew(cls, msg);
}
/* free the local ref */
(*env).DeleteLocalRef(cls);
}
extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_csdn_ouyangpeng_jni_SignatureVerificationUtil_getTokenFromC(
JNIEnv *env,
jobject,
jobject contextObject,
jstring userId) {
// 檢驗簽名是否正確
char *sha1 = getSha1(env, contextObject);
jboolean result = checkValidity(env, sha1);
// 如果簽名正確，則返回正確的token
if (result) {
return env->NewStringUTF("獲取Token成功，token爲 ouyangpeng");
} else {
// 驗證不通過 直接拋異常
JNU_ThrowByName(env, "java/lang/IllegalArgumentException","Failed to obtain Token, You are a thief, please do not use my so files!");
}
}
按理來說，應該是拋一個IllegalArgumentException異常，異常信息是Failed to obtain Token, You are a thief, please do not use my so files!。但是和我想的不一樣。
二、解決問題
2.1 問題原因
上面的問題是，有返回值的函數沒有返回值。Java_com_csdn_ouyangpeng_jni_SignatureVerificationUtil_getTokenFromC函數要返回一個jstring字符串的，但是我直接拋異常之後就沒有return了，所以就出現了上面的異常。
2.2 解決方法
將Java_com_csdn_ouyangpeng_jni_SignatureVerificationUtil_getTokenFromC 添加一句return一個字符串即可。
比如： return env->NewStringUTF("獲取Token失敗，請檢查valid.cpp文件配置的sha1值");
extern "C"
JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_csdn_ouyangpeng_jni_SignatureVerificationUtil_getTokenFromC(
JNIEnv *env,
jobject,
jobject contextObject,
jstring userId) {
// 檢驗簽名是否正確
char *sha1 = getSha1(env, contextObject);
jboolean result = checkValidity(env, sha1);
// 如果簽名正確，則返回正確的token
if (result) {
return env->NewStringUTF("獲取Token成功，token爲 ouyangpeng");
} else {
// 驗證不通過 直接拋異常
JNU_ThrowByName(env, "java/lang/IllegalArgumentException","Failed to obtain Token, You are a thief, please do not use my so files!");
// 如果不加下面的return，會報異常： A/libc: Fatal signal 4 (SIGILL), code 2 (ILL_ILLOPN), fault addr 0xd1655e40 in tid 9399 (.ouyangpeng.jni), pid 9399 (.ouyangpeng.jni)
//一定記得有return語句，即使你的return值沒有用！
// 如果簽名不正確，則返回錯誤的結果，迷惑竊取方。
return env->NewStringUTF("獲取Token失敗，請檢查valid.cpp文件配置的sha1值");
}
}
2.3 重新運行
重新運行後，報錯如下所示：
出現了我定義的異常
2021-01-08 14:35:20.199 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] JNI DETECTED ERROR IN APPLICATION: JNI NewStringUTF called with pending exception java.lang.IllegalArgumentException: Failed to obtain Token, You are a thief, please do not use my so files!
2021-01-08 14:35:20.199 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] JNI DETECTED ERROR IN APPLICATION: JNI NewStringUTF called with pending exception java.lang.IllegalArgumentException: Failed to obtain Token, You are a thief, please do not use my so files!
2021-01-08 14:35:20.199 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at java.lang.String com.csdn.ouyangpeng.jni.SignatureVerificationUtil.getTokenFromC(android.content.Context, java.lang.String) (SignatureVerificationUtil.kt:-2)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at void com.csdn.ouyangpeng.jni.MainActivity.onClick(android.view.View) (MainActivity.kt:53)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at boolean android.view.View.performClick() (View.java:6597)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at boolean android.view.View.performClickInternal() (View.java:6574)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at boolean android.view.View.access$3100(android.view.View) (View.java:778)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at void android.view.View$PerformClick.run() (View.java:25885)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at void android.os.Handler.handleCallback(android.os.Message) (Handler.java:873)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at void android.os.Handler.dispatchMessage(android.os.Message) (Handler.java:99)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at void android.os.Looper.loop() (Looper.java:193)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at void android.app.ActivityThread.main(java.lang.String[]) (ActivityThread.java:6669)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at java.lang.Object java.lang.reflect.Method.invoke(java.lang.Object, java.lang.Object[]) (Method.java:-2)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at void com.android.internal.os.RuntimeInit$MethodAndArgsCaller.run() (RuntimeInit.java:493)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] at void com.android.internal.os.ZygoteInit.main(java.lang.String[]) (ZygoteInit.java:858)
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545]
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] in call to NewStringUTF
2021-01-08 14:35:20.200 11479-11479/com.csdn.ouyangpeng.jni A/.ouyangpeng.jn: java_vm_ext.cc:545] from java.lang.String com.csdn.ouyangpeng.jni.SignatureVerificationUtil.getTokenFromC(android.content.Context, java.lang.String)
這樣問題算解決了。
三、深入研究
在博客信號機制和Android natvie crash捕捉 中有詳細的介紹。
下面內容摘自博客信號機制和Android natvie crash捕捉
3.1 信號機制
函數運行在用戶態,當遇到系統調用、中斷或是異常的情況時,程序會進入內核態。信號涉及到了這兩種狀態之間的轉換。
3.1.1、信號的接收
接收信號的任務是由內核代理的，當內核接收到信號後，會將其放到對應進程的信號隊列中，同時向進程發送一箇中斷，使其陷入內核態。
此時信號還只是在隊列中，對進程來說暫時是不知道有信號到來的。
3.1.2、信號的檢測
進程陷入內核態後，有兩種場景會對信號進行檢測：
- 進程從內核態返回到用戶態前進行信號檢測
- 進程在內核態中，從睡眠狀態被喚醒的時候進行信號檢測
當發現有新信號時，便會進入下一步，信號的處理。
3.1.3、信號的處理
信號處理函數是運行在用戶態的，調用信號處理函數前，內核會將當前的內核棧的內容備份拷貝到用戶棧，然後修改命令寄存器(eip)指向信號處理函數。
接下來進程返回到用戶態中，執行相應的信號處理函數。
信號處理函數執行完成後，還需要返回內核態，檢查是否還有其它信號未處理。
如果所有信號都處理完成，就會將內核棧恢復（從用戶棧的備份拷貝回來），同時恢復指令寄存器（eip）將其指向中斷前的運行位置，最後回到用戶態繼續執行進程。
一個完整的信號處理流程便結束了，如果同時有多個信號到達，上面的處理流程會在第2步和第3步驟間重複進行。
3.2、信號定義和行爲
3.2.1、信號的定義
所有的符合Unix規範（如POSIX）的系統都統一定義了SIGNAL的數量、含義和行爲。
Android代碼中，signal的定義一般在 signum.h（Android代碼中，signal的定義一般在 signum.h）中。
一共有31個信號，其中1~15號信號爲常用信號
/* Signals. */
#define SIGHUP 1 /* Hangup (POSIX). */
#define SIGINT 2 /* Interrupt (ANSI). */
#define SIGQUIT 3 /* Quit (POSIX). */
#define SIGILL 4 /* Illegal instruction (ANSI). */
#define SIGTRAP 5 /* Trace trap (POSIX). */
#define SIGABRT 6 /* Abort (ANSI). */
#define SIGIOT 6 /* IOT trap (4.2 BSD). */
#define SIGBUS 7 /* BUS error (4.2 BSD). */
#define SIGFPE 8 /* Floating-point exception (ANSI). */
#define SIGKILL 9 /* Kill, unblockable (POSIX). */
#define SIGUSR1 10 /* User-defined signal 1 (POSIX). */
#define SIGSEGV 11 /* Segmentation violation (ANSI). */
#define SIGUSR2 12 /* User-defined signal 2 (POSIX). */
#define SIGPIPE 13 /* Broken pipe (POSIX). */
#define SIGALRM 14 /* Alarm clock (POSIX). */
#define SIGTERM 15 /* Termination (ANSI). */
#define SIGSTKFLT 16 /* Stack fault. */
#define SIGCLD SIGCHLD /* Same as SIGCHLD (System V). */
#define SIGCHLD 17 /* Child status has changed (POSIX). */
#define SIGCONT 18 /* Continue (POSIX). */
#define SIGSTOP 19 /* Stop, unblockable (POSIX). */
#define SIGTSTP 20 /* Keyboard stop (POSIX). */
#define SIGTTIN 21 /* Background read from tty (POSIX). */
#define SIGTTOU 22 /* Background write to tty (POSIX). */
#define SIGURG 23 /* Urgent condition on socket (4.2 BSD). */
#define SIGXCPU 24 /* CPU limit exceeded (4.2 BSD). */
#define SIGXFSZ 25 /* File size limit exceeded (4.2 BSD). */
#define SIGVTALRM 26 /* Virtual alarm clock (4.2 BSD). */
#define SIGPROF 27 /* Profiling alarm clock (4.2 BSD). */
#define SIGWINCH 28 /* Window size change (4.3 BSD, Sun). */
#define SIGPOLL SIGIO /* Pollable event occurred (System V). */
#define SIGIO 29 /* I/O now possible (4.2 BSD). */
#define SIGPWR 30 /* Power failure restart (System V). */
#define SIGSYS 31 /* Bad system call. */
#define SIGUNUSED 31
插曲:什麼是POSIX
POSIX表示可移植操作系統接口（Portable Operating System Interface of UNIX，縮寫爲 POSIX ），POSIX標準定義了操作系統應該爲應用程序提供的接口標準。
POSIX標準意在期望獲得源代碼級別的軟件可移植性。換句話說，爲一個POSIX兼容的操作系統編寫的程序，應該可以在任何其它的POSIX操作系統（即使是來自另一個廠商）上編譯執行。
簡單來說:
完成同一功能，不同內核提供的系統調用（也就是一個函數）是不同的。例如創建進程，linux下是fork函數，windows下是creatprocess函數。
POSIX 要求 linux和windows都要實現基本的posix標準，linux把fork函數封裝成posix_fork（隨便說的），windows把creatprocess函數也封裝成posix_fork，都聲明在unistd.h裏。這樣，程序員編寫普通應用時候，只用包含unistd.h，調用posix_fork函數，程序就在源代碼級別可移植了。
3.2.2、常見信號的含義
SIGHUP - 1
本信號在用戶終端連接(正常或非正常)結束時發出, 通常是在終端的控制進程結束時, 通知同一session內的各個作業, 這時它們與控制終端不再關聯。
登錄Linux時，系統會分配給登錄用戶一個終端(Session)。在這個終端運行的所有程序，包括前臺進程組和後臺進程組，一般都屬於這個Session。當用戶退出Linux登錄時，前臺進程組和後臺有對終端輸出的進程將會收到SIGHUP信號。這個信號的默認操作爲終止進程，因此前臺進程組和後臺有終端輸出的進程就會中止。不過可以捕獲這個信號，比如wget能捕獲SIGHUP信號，並忽略它，這樣就算退出了Linux登錄，wget也能繼續下載。
此外，對於與終端脫離關係的守護進程，這個信號用於通知它重新讀取配置文件。
SIGINT - 2
程序終止(interrupt)信號，通常是Ctrl-C)時發出，用於通知前臺進程組終止進程。
SIGQUI - 3
和SIGINT類似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl-)來控制.進程在因收到SIGQUIT退出時會產生core文件, 在這個意義上類似於一個程序錯誤信號。
SIGILL - 4
執行了非法指令. 通常是因爲可執行文件本身出現錯誤, 或者試圖執行數據段. 堆棧溢出時也有可能產生這個信號。
SIGTRAP - 5
由斷點指令或其它trap指令產生. 由debugger使用。
SIGABRT - 6
調用abort函數生成的信號。
SIGBUS - 7
非法地址，包括內存地址對齊(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存儲地址的非法訪問觸發的(如訪問不屬於自己存儲空間或只讀存儲空間)。
SIGFPE - 8
算術運算錯誤。不僅包括浮點運算錯誤, 還包括溢出及除數爲0等其它所有的算術的錯誤。
SIGKILL - 9
用來立即結束程序的運行。本信號不能被阻塞、處理和忽略。如果管理員發現某個進程終止不了，可嘗試發送這個信號。
SIGUSR1 - 10
用戶自定義的信號1
SIGSEGV - 11
訪問非法地址。試圖訪問未分配給自己的內存, 或試圖往沒有寫權限的內存地址寫數據.
SIGUSR2 -12
用戶自定義的信號1
SIGPIPE - 13
管道破裂。這個信號通常在進程間通信產生，比如採用FIFO(管道)通信的兩個進程，讀管道沒打開或者意外終止就往管道寫，寫進程會收到SIGPIPE信號。此外用Socket通信的兩個進程，寫進程在寫Socket的時候，讀進程已經終止。
SIGALRM -14
時鐘定時信號, 計算的是實際的時間或時鐘時間. alarm函數使用該信號.
SIGTERM - 15
程序結束(terminate)信號, 與SIGKILL不同的是該信號可以被阻塞和處理。通常用來要求程序自己正常退出
SIGILL - 4
執行了非法指令. 通常是因爲可執行文件本身出現錯誤, 或者試圖執行數據段. 堆棧溢出時也有可能產生這個信號。
3.3 android 捕捉native crash 需要註冊下面6個信號
Android 平臺 捕捉natvie crash 一般只需要安裝6個信號處理函數即可。
| 信號 | 信號值 | 含義 | 備註 | 在Android中默認行爲 |
|---|---|---|---|---|
| SIGSEGV | 11 | 訪問無效地址 | 如試圖訪問未分配給自己的內存 | 生成tombstone文件,然後退出 |
| SIGBUS | 7 | 非法地址 | 包括內存地址對齊(alignment)出錯。 | 生成tombstone文件,然後退出 |
| SIGABRT | 6 | 調用abort函數生成的信號。 | 生成tombstone文件,然後退出 | |
| SIGFPE | 8 | 浮點計算錯誤。 | 包括浮點運算錯誤, 還包括溢出及除數爲0等算數運算錯誤 | 生成tombstone文件,然後退出 |
| SIGILL | 4 | 非法指令錯誤。 | 非法指令錯誤。 | 生成tombstone文件,然後退出 |
| SIGTRAP | 5 | 硬件錯誤（通常爲斷點指令） | 生成tombstone文件,然後退出 |