コグノスケ

デバッグ用のlibcを使って実行する方法（ダイナミックリンク編）

目次: C言語とlibc

Cライブラリのデバッグをしたいときはあまりないと思いますが、Cライブラリにデバッグ情報やprintを追加して実行する方法を紹介します。今回使用するのはDebian Testingが採用しているglibc-2.40です。

システムにインストールされているバージョンと同じにしないと動作しないと思います。システムにインストールされているCライブラリの確認方法、ビルド方法は前回の日記（2025年5月22日の日記参照）と同様です。ソースコードは~/work/の下にあるとします。

Cライブラリをビルドしたら、テストプログラムをビルドします。スタティックリンクのときとは異なり-Lオプションは指定しません。ビルドは通常と一緒で、実行時にライブラリを差し替えるからです。-Dオプションには先程改変したpthread_sigmask()を呼ぶためのコンパイルスイッチを指定します。

$ gcc -g -O2 -Wall -DUSE_PTHREADSIGMASK test.c

実行すると追加したhogeが出力されるはずです。

$ LD_PRELOAD=~/work/glibc/__build/libc.so ./a.out

Use pthread_sigmask
th  0: sub  (child ) thread start
th  0: pthread_sigmask(block)
th  1: sub  (child ) thread start
th  1: pthread_sigmask(block)
hoge
th  2: sub  (child ) thread start
th  2: pthread_sigmask(block)
hoge
hoge
th  3: sub  (child ) thread start
th  3: pthread_sigmask(block)
th  4: main (parent) thread start
th  4: pthread_sigmask(block)
hoge
hoge
th  3: loop start
th  4: loop start
th  2: loop start
th  0: loop start
th  1: loop start

デバッグしてみましょう。

$ gdb ./a.out

(gdb) set env LD_PRELOAD ~/work/glibc/__build/libc.so
(gdb) b pthread_sigmask
(gdb) run

Thread 2 "a.out" hit Breakpoint 2, __GI___pthread_sigmask (how=0,
    newmask=0x7ffff7dd2da0, oldmask=0x7ffff7dd2e20) at pthread_sigmask.c:29
29        printf("hoge\n");

(gdb) bt
#0  __GI___pthread_sigmask (how=0, newmask=0x7ffff7dd2da0,
    oldmask=0x7ffff7dd2e20) at pthread_sigmask.c:29
#1  0x00005555555555e3 in thread_main (arg=0x7fffffffc880)
    at signal_thread.cpp:81
#2  0x00007ffff7e63332 in start_thread (arg=<optimized out>)
    at pthread_create.c:447
#3  0x00007ffff7edede8 in __GI___clone3 ()
    at ../sysdeps/unix/sysv/linux/x86_64/clone3.S:78

環境変数を設定して実行すると、ソースコードが表示されること、先程追加したprintf()が見えることも確認できました。ダイナミックリンクもうまくいっていそうです。

デバッグ用のlibcを使って実行する方法（スタティックリンク編）

目次: C言語とlibc

Cライブラリのデバッグをしたいときはあまりないと思いますが、Cライブラリにデバッグ情報やprintを追加して実行する方法を紹介します。今回使用するのはDebian Testingが採用しているglibc-2.40です。

バージョンはよほど古いバージョンでなければ動くと思いますが、最初はシステムにインストールされているバージョンと同じにしたほうがトラブルが少ないと思います。システムにインストールされているCライブラリの確認方法はディストリビューションによって違いますが、DebianやUbuntuならば下記のように確認できます。

$ dpkg -l libc6:amd64

Desired=Unknown/Install/Remove/Purge/Hold
| Status=Not/Inst/Conf-files/Unpacked/halF-conf/Half-inst/trig-aWait/Trig-pend
|/ Err?=(none)/Reinst-required (Status,Err: uppercase=bad)
||/ Name            Version      Architecture Description
+++-===============-============-============-=================================
ii  libc6:amd64    2.40-7       amd64        GNU C Library: Shared libraries

バージョンは2.40でした。次にglibc-2.40のソースコードをもってきてビルドします。ソースコードは~/work/の下にあるとします。

$ git clone git://sourceware.org/git/glibc.git
$ cd glibc
$ git checkout glibc-2.40

$ mkdir build
$ cd build
$ ../configure --disable-sanity-checks --enable-debug
$ make -j16

実行したときに自分でビルドしたライブラリかどうか簡単にわかるようにpthread_sigmask()にprintf()を追加してからビルドします。

$ git diff

diff --git a/nptl/pthread_sigmask.c b/nptl/pthread_sigmask.c
index a39f3ca335..4c725592b6 100644
--- a/nptl/pthread_sigmask.c
+++ b/nptl/pthread_sigmask.c
@@ -19,12 +19,14 @@
 #include <pthreadP.h>
 #include <sysdep.h>
 #include <shlib-compat.h>
+#include <stdio.h>

 int
 __pthread_sigmask (int how, const sigset_t *newmask, sigset_t *oldmask)
 {
   sigset_t local_newmask;

+  printf("hoge\n");
   /* The only thing we have to make sure here is that SIGCANCEL and
      SIGSETXID is not blocked.  */
   if (newmask != NULL

ビルドしたglibcとテストプログラムをスタティックリンクします。-Lオプションには先程glibcをビルドしたディレクトリを指定し、-Dオプションには先程改変したpthread_sigmask()を呼ぶためのコンパイルスイッチを指定します。テストプログラムは以前紹介したものです（2025年5月12日の日記参照）。

$ g++ -g -O2 -Wall -static -L ~/work/glibc/build -DUSE_PTHREADSIGMASK 20250512_signal_thread.cpp

実行すると追加したhogeが出力されるはずです。

$ ./a.out

Use pthread_sigmask
th  0: sub  (child ) thread start
th  0: pthread_sigmask(block)
hoge
th  1: sub  (child ) thread start
th  1: pthread_sigmask(block)
hoge
th  2: sub  (child ) thread start
th  2: pthread_sigmask(block)
hoge
th  4: main (parent) thread start
th  4: pthread_sigmask(block)
th  3: sub  (child ) thread start
th  3: pthread_sigmask(block)
hoge
hoge
th  4: loop start
th  1: loop start
th  3: loop start
th  2: loop start
th  0: loop start

最後にデバッグしてソースコードが表示されるか試しましょう。

$ gdb a.out

(gdb) b pthread_sigmask
(gdb) run

Thread 2 "a.out" hit Breakpoint 1, __pthread_sigmask (how=0,
    newmask=0x7ffff7ff7120, oldmask=0x7ffff7ff71a0) at pthread_sigmask.c:29
29        printf("hoge\n");

(gdb) bt
#0  __pthread_sigmask (how=0, newmask=0x7ffff7ff7120, oldmask=0x7ffff7ff71a0)
    at pthread_sigmask.c:29
#1  0x0000000000401c43 in thread_main (arg=0x7fffffffc900)
    at signal_thread.cpp:81
#2  0x00000000004109cf in start_thread (arg=<optimized out>)
    at pthread_create.c:447
#3  0x0000000000422968 in __clone3 ()
    at ../sysdeps/unix/sysv/linux/x86_64/clone3.S:78

ソースコードが表示されること、先程追加したprintf()が見えることも確認できました。良さそうです。

glibcのsigprocmask()とpthread_sigmask()の実装

目次: C言語とlibc

以前、シグナルマスク（sigprocmaskのマニュアル）の「規定されていない」使い方をするとどうなるか？を見ました。前回までに確認したことは、5つのマルチスレッド（親スレッド＋4つの子スレッド）で全員でsigwait()するのは共通で、誰がsigprocmask()を呼ぶか？を変えながら、下記4パターンを試しました。

• 最初のスレッドがsigprocmask()
• 最初のスレッド「以外」の1スレッドがsigprocmask()
• 全スレッドがsigprocmask()
• 全スレッドがpthread_sigmask()

結果は1と2はabortし、4は「正しい方法」なので正しく動くとして、なぜか3も正しく動いていました。予想としてはsigprocmask()とpthread_sigmask()は実装が似ていて偶然こうなるのでしょう。

やっと本題

今回はGNU libc（glibc-2.41）のソースコードを確認して予想の答え合わせをします。繰り返しますが、マルチスレッドでsigprocmask()未定義動作なので3番の方法が正しく動く保証はないし、将来実装が変わって動かなくなる可能性があります。

まずpthread_sigmask()のコードを見ます。pthreadの制御に使うシグナルのマスクを消して、rt_sigprocmaskシステムコールを呼ぶだけです。

// glibc/nptl/pthread_sigmask.c

int
__pthread_sigmask (int how, const sigset_t *newmask, sigset_t *oldmask)
{
  sigset_t local_newmask;

  /* The only thing we have to make sure here is that SIGCANCEL and
     SIGSETXID is not blocked.  */
  if (newmask != NULL
      && (__glibc_unlikely (__sigismember (newmask, SIGCANCEL))
         || __glibc_unlikely (__sigismember (newmask, SIGSETXID))))
    {
      local_newmask = *newmask;
      clear_internal_signals (&local_newmask);
      newmask = &local_newmask;
    }

  /* We know that realtime signals are available if NPTL is used.  */
  int result = INTERNAL_SYSCALL_CALL (rt_sigprocmask, how, newmask,
				      oldmask, __NSIG_BYTES);

  return (INTERNAL_SYSCALL_ERROR_P (result)
	  ? INTERNAL_SYSCALL_ERRNO (result)
	  : 0);
}
libc_hidden_def (__pthread_sigmask)

versioned_symbol (libc, __pthread_sigmask, pthread_sigmask, GLIBC_2_32);

次にsigprocmask()のコードを見ます。見ての通りpthread_sigmask()を呼び出しているだけです。

// glibc/sysdeps/unix/sysv/linux/sigprocmask.c

/* Get and/or change the set of blocked signals.  */
int
__sigprocmask (int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset)
{
  int result = __pthread_sigmask (how, set, oset);
  if (result == 0)
    return 0;
  __set_errno (result);
  return -1;
}
libc_hidden_def (__sigprocmask)
weak_alias (__sigprocmask, sigprocmask)

似ているどころか完全に一致していました。道理で同じ動作になるわけですね。

フォントがおかしいので直した

目次: 自宅サーバー

このブログ、フォント設定が2つほどおかしかったので直しました。今まで見づらくてすみません。

1つ目は一部の環境（Linux向けChromeなど）からこのサイトを見るとサンセリフ体（ゴシック体）ではなくセリフ体（明朝体）で表示される現象を直しました。セリフ体になってしまう現象は以前から認識していて不思議だな？とは思ったものの、原因が良くわからず放置していました。

Developer toolsでCSSを確認していたら、font-family: sans-serif, serifと指定していた箇所がありました。原因も何も、自分で指定してただけだったのか……。こんな単純なことに10年以上気づいていなかった。

2つ目はmonospace系の文字が表示されるpreタグなどの文字が小さかったのを直しました。今までfont-size: smallerにしていたんですが、monospaceは元々少し小さいサイズで表示されるブラウザが多くて、めちゃくちゃ字が小さくなっていました。

しかもこちらの現象は認識していませんでした。自分のFirefox環境はmonospaceのフォントサイズを少し大き目に指定している＆そのことを忘れており、デフォルト設定のブラウザで見ると字が小さすぎることに気付いてなかったです。すまねぇ。

signalの未定義動作を見る - その2

目次: C言語とlibc

シグナルマスク（sigprocmaskのマニュアル）の「規定されていない」使い方をするとどうなるか？の続きです。5つのマルチスレッド（親スレッド＋4つの子スレッド）で全員でsigwait()するのは共通で、誰がsigprocmask()を呼ぶか？を変えながら、下記4パターンを試します。

• 最初のスレッドがsigprocmask()
• 最初のスレッド「以外」の1スレッドがsigprocmask()
• 全スレッドがsigprocmask()
• 全スレッドがpthread_sigmask()

今回は結果3と4を紹介します。1〜3は定義されていない動作ですが、4は比較用に実施する「正しい方法」です。

結果3 - 全スレッドがsigprocmask()

全スレッドがsigprocmask()した場合です。ゆっくり5回シグナルを送ると、親スレッド（th 4）のsigwait()がシグナルを受け取り、子スレッド（th 0）のsigwait()はEINTRが返ります。

$ g++ -Wall -g -O2 -DUSE_SIGPROCMASK_ALL -DID_MAINTHREAD=1 signal_thread.cpp && ./a.out
Use sigprocmask
th  0: sub  (child ) thread start
th  0: sigprocmask(block)
th  1: main (child ) thread start
th  1: sigprocmask(block)
th  2: sub  (child ) thread start
th  2: sigprocmask(block)
th  4: sub  (parent) thread start
th  4: sigprocmask(block)
th  3: sub  (child ) thread start
th  3: sigprocmask(block)
th  3: loop start
th  0: loop start
th  2: loop start
th  1: loop start
th  4: loop start
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)

良い感じです。また結果1（親スレッドがsigprocmask()）と異なり、大量にシグナルを送りつけてもabortしないのも良いです。

$ g++ -Wall -g -O2 -DUSE_SIGPROCMASK_ALL -DID_MAINTHREAD=1 signal_thread.cpp && ./a.out
Use sigprocmask
th  0: sub  (child ) thread start
th  0: sigprocmask(block)
th  1: main (child ) thread start
th  1: sigprocmask(block)
th  2: sub  (child ) thread start
th  2: sigprocmask(block)
th  4: sub  (parent) thread start
th  4: sigprocmask(block)
th  3: sub  (child ) thread start
th  3: sigprocmask(block)
th  3: loop start
th  0: loop start
th  2: loop start
th  1: loop start
th  4: loop start
(...略...)
th  2: sigwait failed (Interrupted system call)
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  0: got SIGUSR1
th  1: got SIGUSR1
th  2: got SIGUSR1
th  2: got SIGUSR1
th  1: sigwait failed (Interrupted system call)
th  0: got SIGUSR1
th  4: sigwait failed (Interrupted system call)
th  3: sigwait failed (Interrupted system call)
th  2: sigwait failed (Interrupted system call)
th  1: got SIGUSR1

（別ターミナルから）
$ while :; do kill -USR1 123450; if [ $? -ne 0 ]; then break; fi; done

良さそうですね。

結果4 - 全スレッドがpthread_sigmask()

正しい方法（全スレッドがpthread_sigmask()）はどんな動きでしょうか？結果だけ先に書いてしまうと、全スレッドがsigprocmask()したときと同じ動きをするようです。

$ g++ -Wall -g -O2 -DUSE_PTHREADSIGMASK -DID_MAINTHREAD=1 signal_thread.cpp && ./a.out
Use pthread_sigmask
th  0: sub  (child ) thread start
th  0: pthread_sigmask(block)
th  1: main (child ) thread start
th  1: pthread_sigmask(block)
th  2: sub  (child ) thread start
th  2: pthread_sigmask(block)
th  4: sub  (parent) thread start
th  4: pthread_sigmask(block)
th  3: sub  (child ) thread start
th  3: pthread_sigmask(block)
th  3: loop start
th  2: loop start
th  0: loop start
th  1: loop start
th  4: loop start
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)

結果3（全員sigprocmask()）と同じ動きをしています。当然ながら、大量にシグナルを送りつけてもabortしません。

$ g++ -Wall -g -O2 -DUSE_PTHREADSIGMASK -DID_MAINTHREAD=1 signal_thread.cpp && ./a.out
Use pthread_sigmask
th  0: sub  (child ) thread start
th  0: pthread_sigmask(block)
th  1: main (child ) thread start
th  1: pthread_sigmask(block)
th  2: sub  (child ) thread start
th  2: pthread_sigmask(block)
th  4: sub  (parent) thread start
th  4: pthread_sigmask(block)
th  3: sub  (child ) thread start
th  3: pthread_sigmask(block)
th  3: loop start
th  2: loop start
th  0: loop start
th  1: loop start
th  4: loop start
(...略...)
th  2: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  1: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: sigwait failed (Interrupted system call)
th  0: got SIGUSR1
th  4: got SIGUSR1
th  0: got SIGUSR1
th  3: sigwait failed (Interrupted system call)
th  3: got SIGUSR1
th  2: sigwait failed (Interrupted system call)
th  2: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  0: got SIGUSR1
th  1: sigwait failed (Interrupted system call)
th  3: sigwait failed (Interrupted system call)
th  3: got SIGUSR1
th  0: got SIGUSR1
th  4: sigwait failed (Interrupted system call)
th  2: sigwait failed (Interrupted system call)
th  1: sigwait failed (Interrupted system call)

（別ターミナルから）
$ while :; do kill -USR1 123450; if [ $? -ne 0 ]; then break; fi; done

4つの結果から推測するにpthread_sigmask()とsigprocmask()は同じシステムコールを使っているかもしれません。libcのソースコードを見ればわかるはずなので、また今度に見ようと思います。

ソースコード

こちらからどうぞ。

•  ソースコード

signalの未定義動作を見る - その1

目次: C言語とlibc

シグナルマスクのマニュアル（sigprocmaskのマニュアル）を見ると下記のように「規定されていない」とあります。実際Linuxだとどうなるか気になります。

マルチスレッドのプロセスでsigprocmask()を使用した場合の動作は規定されていない。

実行環境は下記のとおりです。他のプラットフォームや過去/将来のバージョンのLinuxで今回の実験結果と同じ動作をするとは限りませんのでご注意ください。

• Debian Testing (trixie/sid)
• Linux 6.12.12-1

実験内容は5つのマルチスレッド（親スレッド＋4つの子スレッド）で全員でsigwait()するのは共通、誰がsigprocmask()を呼ぶか？を変えながら、下記4パターンを試します。

• 最初のスレッドがsigprocmask()
• 最初のスレッド「以外」の1スレッドがsigprocmask()
• 全スレッドがsigprocmask()
• 全スレッドがpthread_sigmask()

最後のパターンはマルチスレッドでsigwait()する場合の正しい方法（全スレッドがpthread_sigmask()）で、他の3つと動作を比較するためのものです。

プログラム

コードは長くなってしまったので最後にファイルへのリンクを張っておきます。

実験方法はコンパイル時にマクロを適宜切り替えて、生成された./a.outを起動し、別のターミナルからkillコマンドなどでSIGUSR1を送るだけです。

結果1 - 最初のスレッドがsigprocmask()

最初のスレッドがsigprocmask()した場合です。ゆっくり5回シグナルを送ると、親スレッド（th 4）のsigwait()がシグナルを受け取り、子スレッド（th 0）のsigwait()はEINTRが返ってきます。

$ g++ -Wall -g -O2 -DUSE_SIGPROCMASK -DID_MAINTHREAD=4 signal_thread.cpp && ./a.out
Use sigprocmask
th  0: sub  (child ) thread start
th  1: sub  (child ) thread start
th  2: sub  (child ) thread start
th  4: main (parent) thread start
th  4: sigprocmask(block)
th  3: sub  (child ) thread start
th  3: loop start
th  2: loop start
th  4: loop start
th  0: loop start
th  1: loop start
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)
th  4: got SIGUSR1
th  0: sigwait failed (Interrupted system call)

一見すると良い感じに動くように見えますが、大量にシグナルを送りつけるとabortします。ありゃりゃ。

$ g++ -Wall -g -O2 -DUSE_SIGPROCMASK -DID_MAINTHREAD=4 signal_thread.cpp && ./a.out
Use sigprocmask
th  0: sub  (child ) thread start
th  1: sub  (child ) thread start
th  2: sub  (child ) thread start
th  4: main (parent) thread start
th  4: sigprocmask(block)
th  3: sub  (child ) thread start
th  3: loop start
th  1: loop start
th  0: loop start
th  2: loop start
th  4: loop start
ユーザー定義シグナル1


（別ターミナルから）
$ while :; do kill -USR1 123450; if [ $? -ne 0 ]; then break; fi; done

一見動くように見えて、だめなパターンですね。

結果2 - 最初のスレッド「以外」の1スレッドがsigprocmask()

最初のスレッド「以外」の1スレッドがsigprocmask()した場合です。1回シグナルを送っただけでabortしました。

$ g++ -Wall -g -O2 -DUSE_SIGPROCMASK -DID_MAINTHREAD=0 signal_thread.cpp && ./a.out
Use sigprocmask
th  0: main (child ) thread start
th  0: sigprocmask(block)
th  1: sub  (child ) thread start
th  2: sub  (child ) thread start
th  4: sub  (parent) thread start
th  3: sub  (child ) thread start
th  3: loop start
th  0: loop start
th  2: loop start
th  1: loop start
th  4: loop start
ユーザー定義シグナル1

結果1の動きを見る限り納得の結果と言えるでしょう。シグナルは常に親スレッドにも飛んでいたので、シグナルをマスクしてない親スレッドはabortするのはそりゃそうだなと思います。

続きはまた今度やります。

ソースコード

こちらからどうぞ。

•  ソースコード