gdb 調試多線程

原文出處:

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-gdbmp/index.html

GDB 是 linux 系統上常用的 c/c++ 調試工具,功能十分強大。對於較爲複雜的系統,比如多進程系統,如何使用 GDB 調試呢?考慮下面這個三進程系統:


進程
进程

Proc2 是 Proc1 的子進程,Proc3 又是 Proc2 的子進程。如何使用 GDB 調試 proc2 或者 proc3 呢?

實際上,GDB 沒有對多進程程序調試提供直接支持。例如,使用GDB調試某個進程,如果該進程fork了子進程,GDB會繼續調試該進程,子進程會不受干擾地運行下去。 如果你事先在子進程代碼裏設定了斷點,子進程會收到SIGTRAP信號並終止。那麼該如何調試子進程呢?其實我們可以利用GDB的特點或者其他一些輔助手 段來達到目的。此外,GDB 也在較新內核上加入一些多進程調試支持。

接下來我們詳細介紹幾種方法,分別是 follow-fork-mode 方法,attach 子進程方法和 GDB wrapper 方法。

follow-fork-mode

在2.5.60版Linux內核及以後,GDB對使用fork/vfork創建子進程的程序提供了follow-fork-mode選項來支持多進程調試。

follow-fork-mode的用法爲:

set follow-fork-mode [parent|child]

  • parent: fork之後繼續調試父進程,子進程不受影響。
  • child: fork之後調試子進程,父進程不受影響。

因此如果需要調試子進程,在啓動gdb後:

(gdb) set follow-fork-mode child

並在子進程代碼設置斷點。

此外還有detach-on-fork參數,指示GDB在fork之後是否斷開(detach)某個進程的調試,或者都交由GDB控制:

set detach-on-fork [on|off]

  • on: 斷開調試follow-fork-mode指定的進程。
  • off: gdb將控制父進程和子進程。follow-fork-mode指定的進程將被調試,另一個進程置於暫停(suspended)狀態。

注意,最好使用GDB 6.6或以上版本,如果你使用的是GDB6.4,就只有follow-fork-mode模式。

follow-fork-mode/detach-on-fork的使用還是比較簡單的,但由於其系統內核/gdb版本限 制,我們只能在符合要求的系統上才能使用。而且,由於follow-fork-mode的調試必然是從父進程開始的,對於fork多次,以至於出現孫進程 或曾孫進程的系統,例如上圖3進程系統,調試起來並不方便。

Attach子進程

衆所周知,GDB有附着(attach)到正在運行的進程的功能,即attach <pid>命令。因此我們可以利用該命令attach到子進程然後進行調試。

例如我們要調試某個進程RIM_Oracle_Agent.9i,首先得到該進程的pid

[root@tivf09 tianq]# ps -ef|grep RIM_Oracle_Agent.9i
nobody    6722  6721  0 05:57 ?        00:00:00 RIM_Oracle_Agent.9i
root      7541 27816  0 06:10 pts/3    00:00:00 grep -i rim_oracle_agent.9i

通過pstree可以看到,這是一個三進程系統,oserv是RIM_Oracle_prog的父進程,RIM_Oracle_prog又是RIM_Oracle_Agent.9i的父進程。

[root@tivf09 root]# pstree -H 6722


通過 pstree 察看進程
通过 pstree 察看进程

啓動GDB,attach到該進程


用 GDB 連接進程
用 GDB 连接进程

現在就可以調試了。一個新的問題是,子進程一直在運行,attach上去後都不知道運行到哪裏了。有沒有辦法解決呢?

一個辦法是,在要調試的子進程初始代碼中,比如main函數開始處,加入一段特殊代碼,使子進程在某個條件成立時便循環睡眠等待,attach到進程後在該代碼段後設上斷點,再把成立的條件取消,使代碼可以繼續執行下去。

至於這段代碼所採用的條件,看你的偏好了。比如我們可以檢查一個指定的環境變量的值,或者檢查一個特定的文件存不存在。以文件爲例,其形式可以如下:

void debug_wait(char *tag_file)
{
    while(1)
    {
        if (tag_file存在)
            睡眠一段時間;
        else
            break;
    }
}

當attach到進程後,在該段代碼之後設上斷點,再把該文件刪除就OK了。當然你也可以採用其他的條件或形式,只要這個條件可以設置/檢測即可。

Attach進程方法還是很方便的,它能夠應付各種各樣複雜的進程系統,比如孫子/曾孫進程,比如守護進程(daemon process),唯一需要的就是加入一小段代碼。

GDB wrapper

很多時候,父進程 fork 出子進程,子進程會緊接着調用 exec族函數來執行新的代碼。對於這種情況,我們也可以使用gdb wrapper 方法。它的優點是不用添加額外代碼。

其基本原理是以gdb調用待執行代碼作爲一個新的整體來被exec函數執行,使得待執行代碼始終處於gdb的控制中,這樣我們自然能夠調試該子進程代碼。

還是上面那個例子,RIM_Oracle_prog fork出子進程後將緊接着執行RIM_Oracle_Agent.9i的二進制代碼文件。我們將該文件重命名爲 RIM_Oracle_Agent.9i.binary,並新建一個名爲RIM_Oracle_Agent.9i的shell腳本文件,其內容如下:

[root@tivf09 bin]# mv RIM_Oracle_Agent.9i RIM_Oracle_Agent.9i.binary
[root@tivf09 bin]# cat RIM_Oracle_Agent.9i
#!/bin/sh
gdb RIM_Oracle_Agent.binary

當fork的子進程執行名爲RIM_Oracle_Agent.9i的文件時,gdb會被首先啓動,使得要調試的代碼處於gdb控制之下。

新的問題來了。子進程是在gdb的控制下了,但還是不能調試:如何與gdb交互呢?我們必須以某種方式啓動gdb,以便能在某個窗口/終端與gdb交互。具體來說,可以使用xterm生成這個窗口。

xterm是X window系統下的模擬終端程序。比如我們在Linux桌面環境GNOME中敲入xterm命令:


xterm
xterm

就會跳出一個終端窗口:


終端
终端

如果你是在一臺遠程linux服務器上調試,那麼可以使用VNC(Virtual Network Computing) viewer從本地機器連接到服務器上使用xterm。在此之前,需要在你的本地機器上安裝VNC viewer,在服務器上安裝並啓動VNC server。大多數linux發行版都預裝了vnc-server軟件包,所以我們可以直接運行vncserver命令。注意,第一次運行 vncserver時會提示輸入密碼,用作VNC viewer從客戶端連接時的密碼。可以在VNC server機器上使用vncpasswd命令修改密碼。

[root@tivf09 root]# vncserver 

New 'tivf09:1 (root)' desktop is tivf09:1

Starting applications specified in /root/.vnc/xstartup
Log file is /root/.vnc/tivf09:1.log

[root@tivf09 root]#
[root@tivf09 root]# ps -ef|grep -i vnc
root     19609     1  0 Jun05 ?        00:08:46 Xvnc :1 -desktop tivf09:1 (root) 
  -httpd /usr/share/vnc/classes -auth /root/.Xauthority -geometry 1024x768 
  -depth 16 -rfbwait 30000 -rfbauth /root/.vnc/passwd -rfbport 5901 -pn
root     19627     1  0 Jun05 ?        00:00:00 vncconfig -iconic
root     12714 10599  0 01:23 pts/0    00:00:00 grep -i vnc
[root@tivf09 root]#

Vncserver是一個Perl腳本,用來啓動Xvnc(X VNC server)。X client應用,比如xterm,VNC viewer都是和它通信的。如上所示,我們可以使用的DISPLAY值爲tivf09:1。現在就可以從本地機器使用VNC viewer連接過去:


VNC viewer:輸入服務器
VNC viewer:输入服务器

輸入密碼:


VNC viewer:輸入密碼
VNC viewer:输入密码

登錄成功,界面和服務器本地桌面上一樣:


VNC viewer
VNC viewer

下面我們來修改RIM_Oracle_Agent.9i腳本,使它看起來像下面這樣:

#!/bin/sh
export DISPLAY=tivf09:1.0; xterm -e gdb RIM_Oracle_Agent.binary

如果你的程序在exec的時候還傳入了參數,可以改成:

#!/bin/sh
export DISPLAY=tivf09:1.0; xterm -e gdb --args RIM_Oracle_Agent.binary $@ 

最後加上執行權限

[root@tivf09 bin]# chmod 755 RIM_Oracle_Agent.9i

現在就可以調試了。運行啓動子進程的程序:

[root@tivf09 root]# wrimtest -l 9i_linux
Resource Type  : RIM
Resource Label : 9i_linux
Host Name      : tivf09
User Name      : mdstatus
Vendor         : Oracle
Database       : rim
Database Home  : /data/oracle9i/920
Server ID      : rim
Instance Home  : 
Instance Name  : 
Opening Regular Session...

程序停住了。從VNC viewer中可以看到,一個新的gdb xterm窗口在服務器端打開了


gdb xterm 窗口
gdb xterm窗口
[root@tivf09 root]# ps -ef|grep gdb
nobody   24312 24311  0 04:30 ?        00:00:00 xterm -e gdb RIM_Oracle_Agent.binary
nobody   24314 24312  0 04:30 pts/2    00:00:00 gdb RIM_Oracle_Agent.binary
root     24326 10599  0 04:30 pts/0    00:00:00 grep gdb

運行的正是要調試的程序。設置好斷點,開始調試吧!

注意,下面的錯誤一般是權限的問題,使用 xhost 命令來修改權限:http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-gdbmp/index.html


xterm 錯誤
xterm 错误
[root@tivf09 bin]# export DISPLAY=tivf09:1.0
[root@tivf09 bin]# xhost +
access control disabled, clients can connect from any host

xhost + 禁止了訪問控制,從任何機器都可以連接過來。考慮到安全問題,你也可以使用xhost + <你的機器名>。

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