]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - library/std/src/backtrace.rs
Rollup merge of #78728 - a1phyr:const_cell_into_inner, r=dtolnay
[rust.git] / library / std / src / backtrace.rs
1 //! Support for capturing a stack backtrace of an OS thread
2 //!
3 //! This module contains the support necessary to capture a stack backtrace of a
4 //! running OS thread from the OS thread itself. The `Backtrace` type supports
5 //! capturing a stack trace via the `Backtrace::capture` and
6 //! `Backtrace::force_capture` functions.
7 //!
8 //! A backtrace is typically quite handy to attach to errors (e.g. types
9 //! implementing `std::error::Error`) to get a causal chain of where an error
10 //! was generated.
11 //!
12 //! > **Note**: this module is unstable and is designed in [RFC 2504], and you
13 //! > can learn more about its status in the [tracking issue].
14 //!
15 //! [RFC 2504]: https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/2504-fix-error.md
16 //! [tracking issue]: https://github.com/rust-lang/rust/issues/53487
17 //!
18 //! ## Accuracy
19 //!
20 //! Backtraces are attempted to be as accurate as possible, but no guarantees
21 //! are provided about the exact accuracy of a backtrace. Instruction pointers,
22 //! symbol names, filenames, line numbers, etc, may all be incorrect when
23 //! reported. Accuracy is attempted on a best-effort basis, however, and bugs
24 //! are always welcome to indicate areas of improvement!
25 //!
26 //! For most platforms a backtrace with a filename/line number requires that
27 //! programs be compiled with debug information. Without debug information
28 //! filenames/line numbers will not be reported.
29 //!
30 //! ## Platform support
31 //!
32 //! Not all platforms that libstd compiles for support capturing backtraces.
33 //! Some platforms simply do nothing when capturing a backtrace. To check
34 //! whether the platform supports capturing backtraces you can consult the
35 //! `BacktraceStatus` enum as a result of `Backtrace::status`.
36 //!
37 //! Like above with accuracy platform support is done on a best effort basis.
38 //! Sometimes libraries may not be available at runtime or something may go
39 //! wrong which would cause a backtrace to not be captured. Please feel free to
40 //! report issues with platforms where a backtrace cannot be captured though!
41 //!
42 //! ## Environment Variables
43 //!
44 //! The `Backtrace::capture` function may not actually capture a backtrace by
45 //! default. Its behavior is governed by two environment variables:
46 //!
47 //! * `RUST_LIB_BACKTRACE` - if this is set to `0` then `Backtrace::capture`
48 //!   will never capture a backtrace. Any other value this is set to will enable
49 //!   `Backtrace::capture`.
50 //!
51 //! * `RUST_BACKTRACE` - if `RUST_LIB_BACKTRACE` is not set, then this variable
52 //!   is consulted with the same rules of `RUST_LIB_BACKTRACE`.
53 //!
54 //! * If neither of the above env vars are set, then `Backtrace::capture` will
55 //!   be disabled.
56 //!
57 //! Capturing a backtrace can be a quite expensive runtime operation, so the
58 //! environment variables allow either forcibly disabling this runtime
59 //! performance hit or allow selectively enabling it in some programs.
60 //!
61 //! Note that the `Backtrace::force_capture` function can be used to ignore
62 //! these environment variables. Also note that the state of environment
63 //! variables is cached once the first backtrace is created, so altering
64 //! `RUST_LIB_BACKTRACE` or `RUST_BACKTRACE` at runtime may not actually change
65 //! how backtraces are captured.
66
67 #![unstable(feature = "backtrace", issue = "53487")]
68
69 #[cfg(test)]
70 mod tests;
71
72 // NB: A note on resolution of a backtrace:
73 //
74 // Backtraces primarily happen in two steps, one is where we actually capture
75 // the stack backtrace, giving us a list of instruction pointers corresponding
76 // to stack frames. Next we take these instruction pointers and, one-by-one,
77 // turn them into a human readable name (like `main`).
78 //
79 // The first phase can be somewhat expensive (walking the stack), especially
80 // on MSVC where debug information is consulted to return inline frames each as
81 // their own frame. The second phase, however, is almost always extremely
82 // expensive (on the order of milliseconds sometimes) when it's consulting debug
83 // information.
84 //
85 // We attempt to amortize this cost as much as possible by delaying resolution
86 // of an address to a human readable name for as long as possible. When
87 // `Backtrace::create` is called to capture a backtrace it doesn't actually
88 // perform any symbol resolution, but rather we lazily resolve symbols only just
89 // before they're needed for printing. This way we can make capturing a
90 // backtrace and throwing it away much cheaper, but actually printing a
91 // backtrace is still basically the same cost.
92 //
93 // This strategy comes at the cost of some synchronization required inside of a
94 // `Backtrace`, but that's a relatively small price to pay relative to capturing
95 // a backtrace or actually symbolizing it.
96
97 use crate::backtrace_rs::{self, BytesOrWideString};
98 use crate::env;
99 use crate::ffi::c_void;
100 use crate::fmt;
101 use crate::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering::SeqCst};
102 use crate::sync::Mutex;
103 use crate::sys_common::backtrace::{lock, output_filename};
104 use crate::vec::Vec;
105
106 /// A captured OS thread stack backtrace.
107 ///
108 /// This type represents a stack backtrace for an OS thread captured at a
109 /// previous point in time. In some instances the `Backtrace` type may
110 /// internally be empty due to configuration. For more information see
111 /// `Backtrace::capture`.
112 pub struct Backtrace {
113     inner: Inner,
114 }
115
116 /// The current status of a backtrace, indicating whether it was captured or
117 /// whether it is empty for some other reason.
118 #[non_exhaustive]
119 #[derive(Debug, PartialEq, Eq)]
120 pub enum BacktraceStatus {
121     /// Capturing a backtrace is not supported, likely because it's not
122     /// implemented for the current platform.
123     Unsupported,
124     /// Capturing a backtrace has been disabled through either the
125     /// `RUST_LIB_BACKTRACE` or `RUST_BACKTRACE` environment variables.
126     Disabled,
127     /// A backtrace has been captured and the `Backtrace` should print
128     /// reasonable information when rendered.
129     Captured,
130 }
131
132 enum Inner {
133     Unsupported,
134     Disabled,
135     Captured(Mutex<Capture>),
136 }
137
138 struct Capture {
139     actual_start: usize,
140     resolved: bool,
141     frames: Vec<BacktraceFrame>,
142 }
143
144 fn _assert_send_sync() {
145     fn _assert<T: Send + Sync>() {}
146     _assert::<Backtrace>();
147 }
148
149 struct BacktraceFrame {
150     frame: RawFrame,
151     symbols: Vec<BacktraceSymbol>,
152 }
153
154 enum RawFrame {
155     Actual(backtrace_rs::Frame),
156     #[cfg(test)]
157     Fake,
158 }
159
160 struct BacktraceSymbol {
161     name: Option<Vec<u8>>,
162     filename: Option<BytesOrWide>,
163     lineno: Option<u32>,
164 }
165
166 enum BytesOrWide {
167     Bytes(Vec<u8>),
168     Wide(Vec<u16>),
169 }
170
171 impl fmt::Debug for Backtrace {
172     fn fmt(&self, fmt: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
173         let mut capture = match &self.inner {
174             Inner::Unsupported => return fmt.write_str("<unsupported>"),
175             Inner::Disabled => return fmt.write_str("<disabled>"),
176             Inner::Captured(c) => c.lock().unwrap(),
177         };
178         capture.resolve();
179
180         let frames = &capture.frames[capture.actual_start..];
181
182         write!(fmt, "Backtrace ")?;
183
184         let mut dbg = fmt.debug_list();
185
186         for frame in frames {
187             if frame.frame.ip().is_null() {
188                 continue;
189             }
190
191             dbg.entries(&frame.symbols);
192         }
193
194         dbg.finish()
195     }
196 }
197
198 impl fmt::Debug for BacktraceSymbol {
199     fn fmt(&self, fmt: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
200         write!(fmt, "{{ ")?;
201
202         if let Some(fn_name) = self.name.as_ref().map(|b| backtrace_rs::SymbolName::new(b)) {
203             write!(fmt, "fn: \"{:#}\"", fn_name)?;
204         } else {
205             write!(fmt, "fn: <unknown>")?;
206         }
207
208         if let Some(fname) = self.filename.as_ref() {
209             write!(fmt, ", file: \"{:?}\"", fname)?;
210         }
211
212         if let Some(line) = self.lineno.as_ref() {
213             write!(fmt, ", line: {:?}", line)?;
214         }
215
216         write!(fmt, " }}")
217     }
218 }
219
220 impl fmt::Debug for BytesOrWide {
221     fn fmt(&self, fmt: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
222         output_filename(
223             fmt,
224             match self {
225                 BytesOrWide::Bytes(w) => BytesOrWideString::Bytes(w),
226                 BytesOrWide::Wide(w) => BytesOrWideString::Wide(w),
227             },
228             backtrace_rs::PrintFmt::Short,
229             crate::env::current_dir().as_ref().ok(),
230         )
231     }
232 }
233
234 impl Backtrace {
235     /// Returns whether backtrace captures are enabled through environment
236     /// variables.
237     fn enabled() -> bool {
238         // Cache the result of reading the environment variables to make
239         // backtrace captures speedy, because otherwise reading environment
240         // variables every time can be somewhat slow.
241         static ENABLED: AtomicUsize = AtomicUsize::new(0);
242         match ENABLED.load(SeqCst) {
243             0 => {}
244             1 => return false,
245             _ => return true,
246         }
247         let enabled = match env::var("RUST_LIB_BACKTRACE") {
248             Ok(s) => s != "0",
249             Err(_) => match env::var("RUST_BACKTRACE") {
250                 Ok(s) => s != "0",
251                 Err(_) => false,
252             },
253         };
254         ENABLED.store(enabled as usize + 1, SeqCst);
255         enabled
256     }
257
258     /// Capture a stack backtrace of the current thread.
259     ///
260     /// This function will capture a stack backtrace of the current OS thread of
261     /// execution, returning a `Backtrace` type which can be later used to print
262     /// the entire stack trace or render it to a string.
263     ///
264     /// This function will be a noop if the `RUST_BACKTRACE` or
265     /// `RUST_LIB_BACKTRACE` backtrace variables are both not set. If either
266     /// environment variable is set and enabled then this function will actually
267     /// capture a backtrace. Capturing a backtrace can be both memory intensive
268     /// and slow, so these environment variables allow liberally using
269     /// `Backtrace::capture` and only incurring a slowdown when the environment
270     /// variables are set.
271     ///
272     /// To forcibly capture a backtrace regardless of environment variables, use
273     /// the `Backtrace::force_capture` function.
274     #[inline(never)] // want to make sure there's a frame here to remove
275     pub fn capture() -> Backtrace {
276         if !Backtrace::enabled() {
277             return Backtrace { inner: Inner::Disabled };
278         }
279         Backtrace::create(Backtrace::capture as usize)
280     }
281
282     /// Forcibly captures a full backtrace, regardless of environment variable
283     /// configuration.
284     ///
285     /// This function behaves the same as `capture` except that it ignores the
286     /// values of the `RUST_BACKTRACE` and `RUST_LIB_BACKTRACE` environment
287     /// variables, always capturing a backtrace.
288     ///
289     /// Note that capturing a backtrace can be an expensive operation on some
290     /// platforms, so this should be used with caution in performance-sensitive
291     /// parts of code.
292     #[inline(never)] // want to make sure there's a frame here to remove
293     pub fn force_capture() -> Backtrace {
294         Backtrace::create(Backtrace::force_capture as usize)
295     }
296
297     /// Forcibly captures a disabled backtrace, regardless of environment
298     /// variable configuration.
299     pub const fn disabled() -> Backtrace {
300         Backtrace { inner: Inner::Disabled }
301     }
302
303     // Capture a backtrace which start just before the function addressed by
304     // `ip`
305     fn create(ip: usize) -> Backtrace {
306         // SAFETY: We don't attempt to lock this reentrantly.
307         let _lock = unsafe { lock() };
308         let mut frames = Vec::new();
309         let mut actual_start = None;
310         unsafe {
311             backtrace_rs::trace_unsynchronized(|frame| {
312                 frames.push(BacktraceFrame {
313                     frame: RawFrame::Actual(frame.clone()),
314                     symbols: Vec::new(),
315                 });
316                 if frame.symbol_address() as usize == ip && actual_start.is_none() {
317                     actual_start = Some(frames.len());
318                 }
319                 true
320             });
321         }
322
323         // If no frames came out assume that this is an unsupported platform
324         // since `backtrace` doesn't provide a way of learning this right now,
325         // and this should be a good enough approximation.
326         let inner = if frames.is_empty() {
327             Inner::Unsupported
328         } else {
329             Inner::Captured(Mutex::new(Capture {
330                 actual_start: actual_start.unwrap_or(0),
331                 frames,
332                 resolved: false,
333             }))
334         };
335
336         Backtrace { inner }
337     }
338
339     /// Returns the status of this backtrace, indicating whether this backtrace
340     /// request was unsupported, disabled, or a stack trace was actually
341     /// captured.
342     pub fn status(&self) -> BacktraceStatus {
343         match self.inner {
344             Inner::Unsupported => BacktraceStatus::Unsupported,
345             Inner::Disabled => BacktraceStatus::Disabled,
346             Inner::Captured(_) => BacktraceStatus::Captured,
347         }
348     }
349 }
350
351 impl fmt::Display for Backtrace {
352     fn fmt(&self, fmt: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
353         let mut capture = match &self.inner {
354             Inner::Unsupported => return fmt.write_str("unsupported backtrace"),
355             Inner::Disabled => return fmt.write_str("disabled backtrace"),
356             Inner::Captured(c) => c.lock().unwrap(),
357         };
358         capture.resolve();
359
360         let full = fmt.alternate();
361         let (frames, style) = if full {
362             (&capture.frames[..], backtrace_rs::PrintFmt::Full)
363         } else {
364             (&capture.frames[capture.actual_start..], backtrace_rs::PrintFmt::Short)
365         };
366
367         // When printing paths we try to strip the cwd if it exists, otherwise
368         // we just print the path as-is. Note that we also only do this for the
369         // short format, because if it's full we presumably want to print
370         // everything.
371         let cwd = crate::env::current_dir();
372         let mut print_path = move |fmt: &mut fmt::Formatter<'_>, path: BytesOrWideString<'_>| {
373             output_filename(fmt, path, style, cwd.as_ref().ok())
374         };
375
376         let mut f = backtrace_rs::BacktraceFmt::new(fmt, style, &mut print_path);
377         f.add_context()?;
378         for frame in frames {
379             let mut f = f.frame();
380             if frame.symbols.is_empty() {
381                 f.print_raw(frame.frame.ip(), None, None, None)?;
382             } else {
383                 for symbol in frame.symbols.iter() {
384                     f.print_raw(
385                         frame.frame.ip(),
386                         symbol.name.as_ref().map(|b| backtrace_rs::SymbolName::new(b)),
387                         symbol.filename.as_ref().map(|b| match b {
388                             BytesOrWide::Bytes(w) => BytesOrWideString::Bytes(w),
389                             BytesOrWide::Wide(w) => BytesOrWideString::Wide(w),
390                         }),
391                         symbol.lineno,
392                     )?;
393                 }
394             }
395         }
396         f.finish()?;
397         Ok(())
398     }
399 }
400
401 impl Capture {
402     fn resolve(&mut self) {
403         // If we're already resolved, nothing to do!
404         if self.resolved {
405             return;
406         }
407         self.resolved = true;
408
409         // Use the global backtrace lock to synchronize this as it's a
410         // requirement of the `backtrace` crate, and then actually resolve
411         // everything.
412         // SAFETY: We don't attempt to lock this reentrantly.
413         let _lock = unsafe { lock() };
414         for frame in self.frames.iter_mut() {
415             let symbols = &mut frame.symbols;
416             let frame = match &frame.frame {
417                 RawFrame::Actual(frame) => frame,
418                 #[cfg(test)]
419                 RawFrame::Fake => unimplemented!(),
420             };
421             unsafe {
422                 backtrace_rs::resolve_frame_unsynchronized(frame, |symbol| {
423                     symbols.push(BacktraceSymbol {
424                         name: symbol.name().map(|m| m.as_bytes().to_vec()),
425                         filename: symbol.filename_raw().map(|b| match b {
426                             BytesOrWideString::Bytes(b) => BytesOrWide::Bytes(b.to_owned()),
427                             BytesOrWideString::Wide(b) => BytesOrWide::Wide(b.to_owned()),
428                         }),
429                         lineno: symbol.lineno(),
430                     });
431                 });
432             }
433         }
434     }
435 }
436
437 impl RawFrame {
438     fn ip(&self) -> *mut c_void {
439         match self {
440             RawFrame::Actual(frame) => frame.ip(),
441             #[cfg(test)]
442             RawFrame::Fake => 1 as *mut c_void,
443         }
444     }
445 }