O que existe dentro de um programa pausado? Registradores, memória e stack traces

O kernel guarda registradores da thread, memória do processo e motivo da parada. Memória é compartilhada entre threads; registradores e stack corrente pertencem a cada thread. O Vigia enumera /proc/PID/task e permite thread N, embora os fixtures usem uma thread.

RIP  → próxima instrução
RSP  → topo atual da stack
RBP  → base do frame, quando preservado
RAX  → retorno inteiro comum
RDI, RSI, RDX, RCX, R8, R9 → primeiros argumentos inteiros

(vigia) registers
rip  0x0000000000401172  <nivel_tres+18>
rsp  0x00007fffffffe210
rbp  0x00007fffffffe240
rdi  0x0000000000000007

Isso retoma registradores e chamadas dos artigos de CPU e funções, agora observados num processo real.

Antes de ler, o Vigia consulta mapas do processo, valida overflow de endereço + tamanho e recusa regiões ilegíveis. Leituras usam palavras e remontam bytes. No x86_64, o byte menos significativo vem primeiro na memória.

endereço  00 01 02 03 04 05 06 07
bytes     78 56 34 12 00 00 00 00
valor     0x0000000012345678  ← little-endian

(vigia) examine 0x7fffffffe210 32
7fffffffe210: 40 e2 ff ff ff 7f 00 00 84 11 40 00 00 00 00 00

Com frame pointers, cada frame começa com o RBP anterior e, logo acima, o endereço de retorno. Seguimos essa cadeia apenas enquanto os endereços são alinhados, crescentes dentro da stack e os retornos caem em regiões executáveis.

endereços maiores
[retorno para main]       frame nivel_um
[RBP anterior] ◀ RBP
[retorno para nivel_um]   frame nivel_dois
[RBP anterior]
[retorno para nivel_dois] frame nivel_tres
                         ◀ RSP
endereços menores

fn unwind_frame(pid: Pid, rbp: u64) -> Result<Frame> {
    let previous_rbp = read_u64(pid, rbp)?;
    let return_addr = read_u64(pid, rbp + 8)?;
    validate_frame(previous_rbp, return_addr)?;
    Ok(Frame { previous_rbp, return_addr })
}

Ordenamos símbolos de função por endereço. Para cada retorno, encontramos o maior símbolo que não ultrapassa o endereço e mostramos o deslocamento.

(vigia) backtrace
#0 0x401172 nivel_tres+18
#1 0x4011a4 nivel_dois+31
#2 0x4011ce nivel_um+24
#3 0x40120a main+42

Parâmetros ainda vivos podem estar nos registradores da ABI. Locais do fixture ficam em offsets conhecidos de RBP, mas o Vigia não generaliza: otimização pode movê-los, eliminá-los ou mantê-los apenas em registradores.

-fomit-frame-pointer, tail calls e inlining quebram a cadeia simples. Executáveis podem trazer regras de unwind em .eh_frame. O Vigia 0.2 reconhece o limite e usa regras simples da seção; não tenta implementar todas as expressões.

Agora lemos registradores, memória, instruções e frames e produzimos stack trace simbólico. Porém 0x401172 não contém “fixture.c:17”. Essa ponte depende de informações deixadas pelo compilador: DWARF.

Fontes: System V AMD64 ABI e proc_pid_maps(5).