Cost of Exception on C++

A curious AIX crash
Yaccに見つかった年代物のバグと違い、こちらは現在でも或いは今だからこそ遭遇する類のバグである。C++を実際の開発で運用する場合には非常に多くのルールを設ける必要がある。それは開発者のメンタルモデルや仕様との接続といった上位のセマンティックスから、プログラムを実行する命令プロセッサやアーキテクチャなどの下位のセマンティックスまでに渡り、現実的には数多くの罠が仕掛けられたレースを駆け抜けて行くようである。冒頭のリンクは、下のレイヤで見つかった罠を如何にして潜り抜けたかという話である。

Filodejは複数のプラットフォームに対応したアプリケーションを開発している。ある日発見されたバグはAIXでのみ発現するものだった。それは次の部分でSEGVを起こした。

virtual T const& get( unsigned int id ) const
{   <------------ The crash was right here before anything happen
    if ( id < static_cast( m_values.size() ) )
        return get_internal( id );
    throw ExceptionNotFound( LOCARG, id, count() );
    UNREACHABLE_RETURN( T() );
}

- Filodej's Linux primerより
対応する命令列は次の箇所。

0x39927250  7c0802a6    mflr  r0            ;; Function call prologue routine
0x39927254  93e1fffc    stw   r31,-4(r1)
0x39927258  93c1fff8    stw   r30,-8(r1)
0x3992725c  93a1fff4    stw   r29,-12(r1)
0x39927260  9381fff0    stw   r28,-16(r1)
0x39927264  9361ffec    stw   r27,-20(r1)
0x39927268  9341ffe8    stw   r26,-24(r1)
0x3992726c  90010008    stw   r0,0x8(r1)
0x39927270  9421ed30    stwu  r1,-4816(r1)  ;; Here was the place of the segfault

疑惑は r1 の値か -4816(r1) の値に絞られる。C++で開発をしていると、この手の不具合は"割と"見られる症状である。例えばプログラムが pthread を利用している場合がそうだ。スレッドスタックの伸張時、スタックに割当てられたインスタンスオブジェクトに未初期化フィールドがあるとこの手のバグに遭遇する。しかし今回のケースでは違っていた。

AIXに限らず、現代的なOSではguard pageという不正アクセスの検知領域が存在する。先のプログラムは -4816(r1) がこのguard page内を参照したためにSEGVを投げていたのだ。では何故そこを参照したのか？最初に載せたC++のコードで、例外を投げる部分が問題だったのである。氏が備えをした例外は、発生時にヒープ割当てを起こさないためにスタックに確保したオブジェクトだった。そしてこれはワイドキャラクターの配列として実装されていた。この比較的大きな例外オブジェクトはAIXが用意するスタックサイズを飛び抜けてしまい、またそれがヒープ確保されないがために、明示的にguard pageを叩いたのだ。結果的に見れば、これはソフトウェアをクラックする常套手段でもある。