使用 GDB 调试多进程程序

GDB 是 linux 系统上常用的调试工具,本文介绍了使用 GDB 调试多进程程序的几种方法,并对各种方法进行比较。

3 评论

田 强 (tianq@cn.ibm.com), 软件工程师, IBM中国软件开发中心

2007 年 7 月 30 日

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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

Proc2 是 Proc1 的子进程,Proc3 又是 Proc2 的子进程。如何使用 GDB 调试 proc2 或者 proc3 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。

follow-fork-mode

在2.5.60版Linux内核及以后,GDB对使用fork/vfork创建子进程的程序提供了follow-fork-mode选项来支持多进程调试。

follow-fork-mode的用法为:

set follow-fork-mode [parent|child]

  • parent: fork之后继续调试父进程,子进程不受影响。
  • child: fork之后调试子进程,父进程不受影响。

因此如果需要调试子进程,在启动gdb后:

(gdb) set follow-fork-mode child

并在子进程代码设置断点。

此外还有detach-on-fork参数,指示GDB在fork之后是否断开(detach)某个进程的调试,或者都交由GDB控制:

set detach-on-fork [on|off]

  • on: 断开调试follow-fork-mode指定的进程。
  • off: gdb将控制父进程和子进程。follow-fork-mode指定的进程将被调试,另一个进程置于暂停(suspended)状态。

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的使用还是比较简单的,但由于其系统内核/gdb版本限制,我们只能在符合要求的系统上才能使用。而且,由于follow-fork-mode的调试必然是从父进程开始的,对于fork多次,以至于出现孙进程或曾孙进程的系统,例如上图3进程系统,调试起来并不方便。

Attach子进程

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RIM_Oracle_Agent.9i,首先得到该进程的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

通过pstree可以看到,这是一个三进程系统,oserv是RIM_Oracle_prog的父进程,RIM_Oracle_prog又是RIM_Oracle_Agent.9i的父进程。

[root@tivf09 root]# pstree -H 6722
通过 pstree 察看进程

启动GDB,attach到该进程

用 GDB 连接进程

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。

GDB wrapper

很多时候,父进程 fork 出子进程,子进程会紧接着调用 exec族函数来执行新的代码。对于这种情况,我们也可以使用gdb wrapper 方法。它的优点是不用添加额外代码。

其基本原理是以gdb调用待执行代码作为一个新的整体来被exec函数执行,使得待执行代码始终处于gdb的控制中,这样我们自然能够调试该子进程代码。

还是上面那个例子,RIM_Oracle_prog fork出子进程后将紧接着执行RIM_Oracle_Agent.9i的二进制代码文件。我们将该文件重命名为RIM_Oracle_Agent.9i.binary,并新建一个名为RIM_Oracle_Agent.9i的shell脚本文件,其内容如下:

[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

当fork的子进程执行名为RIM_Oracle_Agent.9i的文件时,gdb会被首先启动,使得要调试的代码处于gdb控制之下。

新的问题来了。子进程是在gdb的控制下了,但还是不能调试:如何与gdb交互呢?我们必须以某种方式启动gdb,以便能在某个窗口/终端与gdb交互。具体来说,可以使用xterm生成这个窗口。

xterm是X window系统下的模拟终端程序。比如我们在Linux桌面环境GNOME中敲入xterm命令:

xterm

就会跳出一个终端窗口:

终端

如果你是在一台远程linux服务器上调试,那么可以使用VNC(Virtual Network Computing) viewer从本地机器连接到服务器上使用xterm。在此之前,需要在你的本地机器上安装VNC viewer,在服务器上安装并启动VNC server。大多数linux发行版都预装了vnc-server软件包,所以我们可以直接运行vncserver命令。注意,第一次运行vncserver时会提示输入密码,用作VNC viewer从客户端连接时的密码。可以在VNC server机器上使用vncpasswd命令修改密码。

[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是一个Perl脚本,用来启动Xvnc(X VNC server)。X client应用,比如xterm,VNC viewer都是和它通信的。如上所示,我们可以使用的DISPLAY值为tivf09:1。现在就可以从本地机器使用VNC viewer连接过去:

VNC viewer:输入服务器

输入密码:

VNC viewer:输入密码

登录成功,界面和服务器本地桌面上一样:

VNC viewer

下面我们来修改RIM_Oracle_Agent.9i脚本,使它看起来像下面这样:

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

如果你的程序在exec的时候还传入了参数,可以改成:

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

最后加上执行权限

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

现在就可以调试了。运行启动子进程的程序:

[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。从VNC viewer中可以看到,一个新的gdb xterm窗口在服务器端打开了

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

运行的正是要调试的程序。设置好断点,开始调试吧!

注意,下面的错误一般是权限的问题,使用 xhost 命令来修改权限:

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 + 禁止了访问控制,从任何机器都可以连接过来。考虑到安全问题,你也可以使用xhost + <你的机器名>。

小结

上述三种方法各有特点和优劣,因此适应于不同的场合和环境:

  • follow-fork-mode方法:方便易用,对系统内核和GDB版本有限制,适合于较为简单的多进程系统
  • attach子进程方法:灵活强大,但需要添加额外代码,适合于各种复杂情况,特别是守护进程
  • GDB wrapper方法:专用于fork+exec模式,不用添加额外代码,但需要X环境支持(xterm/VNC)。

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由 ceo1207 于 2015年04月25日发布

报告滥用

 
 

比较实用,谢谢了,尤其是用gdb wrapper调试思路中用将gdb调试进程中有调用exec()函数的写成脚本被进程调用 ,并采用xterm和vnc server等来帮助调试,之前没有接触过

由 xiaoyaowangzi 于 2015年02月14日发布

报告滥用

 
 

Precisely, do me a lot help, thank you very much

由 Shelsea_x000 于 2012年05月15日发布

报告滥用

 
 
 

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