GDB 调试多进程或者多线程应用

时间：2022-06-18 16:40:43
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GDB 调试多进程或者多线程应用 AderXCoding/system/tools/gdb/attach_on_fork


GDB 调试多进程或者多线程应用

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GDB 是 linux 系统上常用的 c/c++ 调试工具, 功能十分强大. 对于较为复杂的系统, 比如多进程系统, 如何使用 GDB 调试呢?

考虑下面这个三进程系统 :

进程 ProcessChild 是 ProcessParent 的子进程, ProcessParentThread 又是 ProcParent 的子线程. 如何使用 GDB 调试 子进程 ProcessChild 或者子线程 ProcessParentThread 呢 ?

实际上, GDB 没有对多进程程序调试提供直接支持. 例如, 使用 GDB 调试某个进程, 如果该进程 fork 了子进程, GDB 会继续调试该进程, 子进程会不受干扰地运行下去. 如果你事先在子进程代码里设定了断点, 子进程会收到SIGTRAP 信号并终止. 那么该如何调试子进程呢? 其实我们可以利用 GDB 的特点或者其他一些辅助手段来达到目的. 此外, GDB 也在较新内核上加入一些多进程调试支持.

接下来我们详细介绍几种方法, 分别是 follow-fork-mode 方法, attach 子进程方法和 GDB wrapper 方法.

1 follow-fork-mode方法

参考 gdb调试多进程和多线程命令

1.1 follow-fork-mode方法简介

默认设置下, 在调试多进程程序时 GDB 只会调试主进程. 但是 GDB > V7.0 支持多进程的分别以及同时调试, 换句话说, GDB 可以同时调试多个程序. 只需要设置 follow-fork-mode (默认值 parent) 和 detach-on-fork (默认值 on )即可.

follow-fork-mode detach-on-fork 说明
parent on 只调试主进程( GDB 默认)
child on 只调试子进程
parent off 同时调试两个进程, gdb 跟主进程, 子进程 block 在 fork 位置
child off 同时调试两个进程, gdb 跟子进程, 主进程 block 在 fork 位置

设置方法

set follow-fork-mode [parent|child]

set detach-on-fork [on|off]

查询正在调试的进程

info inferiors

切换调试的进程

inferior <infer number>

添加新的调试进程

add-inferior [-copies n] [-exec executable]

可以用 file executable 来分配给 inferior 可执行文件.

其他 :

remove-inferiors infno

detach inferior

GDB 默认支持调试多线程, 跟主线程, 子线程 block 在 create thread

查询线程

info threads

切换调试线程

thread <thread number>

1.2 示例程序例程

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

#include <unistd.h>

void processParent( );
void processChild( );

void * processParentworker(void *arg);

int main(int argc, const char *argv[])
{

int pid;

    pid = fork( );

if(pid != 0)    // fork return child pid in parent process
        processParent( );
else        // fork return 0 in child process
        processChild( );

return 0;
}

void processParent( )
{
    pid_t pid = getpid();
char prefix[] = "ProcessParent: ";
//char tprefix[] = "thread ";
int tstatus;
    pthread_t pt;

printf("%s%d %s\n", prefix, pid, "step1");

    tstatus = pthread_create(&pt, NULL, processParentworker, NULL);
if(tstatus != 0)
    {
printf("ProcessParent: Can not create new thread.");
    }

    processParentworker(NULL);
    sleep(1);
}

void * processParentworker(void *arg)
{
    pid_t pid = getpid( );
    pthread_t tid = pthread_self( );
char prefix[] = "ProcessParentThread: ";
char tprefix[] = "thread ";

printf("%s%d %s%ld %s\n", prefix, pid, tprefix, tid, "step2");
printf("%s%d %s%ld %s\n", prefix, pid, tprefix, tid, "step3");

return NULL;
}

void processChild( )
{
    pid_t pid = getpid( );
char prefix[] = "ProcessChild: ";
printf("%s%d %s\n", prefix, pid, "step1");
printf("%s%d %s\n", prefix, pid, "step2");
printf("%s%d %s\n", prefix, pid, "step3");
}

主程序 fork 出一个子进程, 然后父进程在执行的过程中通过 pthread_create 创建出一个子线程.

输出：

 ./test
ProcessParent: 7993 step1
ProcessChild: 7994 step1
ProcessChild: 7994 step2
ProcessChild: 7994 step3
ProcessParentThread: 7993 thread 140427861296960 step2
ProcessParentThread: 7993 thread 140427861296960 step3
ProcessParentThread: 7993 thread 140427853031168 step2
ProcessParentThread: 7993 thread 140427853031168 step3

1.3 调试

1.3.1 开始调试

首先调试主进程, block 子进程在 fork 的位置.

set follow-fork-mode parent
set detach-on-fork off
show follow-fork-mode
show detach-on-fork

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接着在主进程 fork 的时候和三个进程(线程)的内部均设置断电. 下面分别跟踪三个进程

# 在主进程fork的时候设置断点
b 16
# 在主进程pthread_create的时候设置断点
b 36
# 在父进程执行的开始位置设置断点
b 28
# 在子进程执行的开始位置设置断点
b 48
# 在子线程执行的开始位置设置断点
b 61

1.3.2 调试父进程

首先开始调试父进程

# run 运行程序
r

进程停在了 fork 的位置

GDB 调试多进程或者多线程应用

查看进程和线程的信息, 由于进程停在了 fork 的地址, 还没有创建子进程, 因此只有主进程

GDB 调试多进程或者多线程应用

由于设置了 follow-fork-mode = parent 和 detach-on-fork = off. 因此在 fork 之后, gdb 进程会开始调试主进程, 而子进程会阻塞在 fork 之后的位置. 而我们在每个进程的执行函数路径的开始都打了断点, 那么我们继续执行, 进程将运行主程序, 走到 ProcessParent 的位置.

下面我们来验证一下

#继续程序的执行
c OR continue
#也可以next执行
next

可以看到程序停在了主进程 ProcessParent 的开始位置.

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现在我们查看进程和线程的信息, 此时父进程(pid = 9766)创建了子进程(pid = 10036), gdb 目前正在调试父进程

info inferiors
info threads

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1.3.3 调试子进程

下面我们开始跟进子进程, 之前通过 info inferiors/threads 来查看进程信息的时候可以看到, 进程的编号信息, 父进程(pid = 9766)编号为 1, 子进程(pid = 10036)编号为 2.

我们接着将 gdb attach 到子进程.

inferiors 2

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然后 continue 运行程序, 程序会停止在子进程 ProcessChild 的位置.

continue

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1.3.4 调试子线程

现在我们继续回到主线程然后待其创建子线程之后, 跟踪子线程.

由于在父进程的程序逻辑处 pthread_create 处设置了断点, 将会停在 pthread_create 的地方

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接着往下执行, 这样子线程就会被创建, 然后我们查看进程和线程的信息

info inferiors
info threads

我们可以查看到 info inferiors 不能看到父进程创建的子线程, 但是 info threads 可以看到.

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然后开始调试子线程

thread 3

GDB 调试多进程或者多线程应用

2 Attach子进程

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-gdbmp/

众所周知, GDB 有附着(attach)到正在运行的进程的功能, 即 attach <pid> 命令. 因此我们可以利用该命令 attach 到子进程然后进行调试.

例如我们要调试某个进程 process, 首先得到该进程的 pid

ps -ef | grep process

然后可以通过 pstree 可以看到该进程下的线程信息

pstree -H pid

启动 GDB attach 到该进程

现在就可以调试了. 一个新的问题是, 子进程一直在运行, attach 上去后都不知道运行到哪里了. 有没有办法解决呢?

一个办法是, 在要调试的子进程初始代码中, 比如 main 函数开始处, 加入一段特殊代码, 使子进程在某个条件成立时便循环睡眠等待, attach 到进程后在该代码段后设上断点, 再把成立的条件取消, 使代码可以继续执行下去.

至于这段代码所采用的条件, 看你的偏好了. 比如我们可以检查一个指定的环境变量的值, 或者检查一个特定的文件存不存在. 以文件为例, 其形式可以如下 :

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

当 attach 到进程后, 在该段代码之后设上断点, 再把该文件删除就 OK 了. 当然你也可以采用其他的条件或形式, 只要这个条件可以设置检测即可.

Attach 进程方法还是很方便的, 它能够应付各种各样复杂的进程系统, 比如孙子/曾孙进程, 比如守护进程(daemon process), 唯一需要的就是加入一小段代码.

3 gdb swapper

Debugging with GDB学习记录（二）

GDB调试及其调试脚本的使用

使用 GDB 调试多进程程序
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