使用 GDB 調試多進程程序

簡介： GDB 是 linux 系統上經常使用的調試工具，本文介紹了使用 GDB 調試多進程程序的幾種方法，並對各類方法進行比較。

本文的標籤：  gdb, 使用, 多進程調試, 調試多進程程序

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

進程

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，若是該進程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。 若是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？其實咱們能夠利用GDB的特色或者其餘一些輔助手 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。

接下來咱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內核及之後，GDB對使用fork/vfork建立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以後繼續調試父進程，子進程不受影響。
• child: fork以後調試子進程，父進程不受影響。

所以若是須要調試子進程，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以後是否斷開（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，另外一個進程置於暫停（suspended）狀態。

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

follow-fork-mode/detach-on-fork的使用仍是比較簡單的，但因爲其系統內核/gdb版本限 制，咱們只能在符合要求的系統上才能使用。並且，因爲follow-fork-mode的調試必然是從父進程開始的，對於fork屢次，以致於出現孫進程 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。所以咱們能夠利用該命令attach到子進程而後進行調試。

例如咱們要調試某個進程RIM_Oracle_Agent.9i，首先獲得該進程的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

經過pstree能夠看到，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

經過 pstree 察看進程

啓動GDB，attach到該進程

用 GDB 鏈接進程

如今就能夠調試了。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，好比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，使代碼能夠繼續執行下去。

至於這段代碼所採用的條件，看你的偏好了。好比咱們能夠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，其形式能夠以下：

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，在該段代碼以後設上斷點，再把該文件刪除就OK了。固然你也能夠採用其餘的條件或形式，只要這個條件能夠設置/檢測便可。

Attach進程方法仍是很方便的，它可以應付各類各樣複雜的進程系統，好比孫子/曾孫進程，好比守護進程（daemon process），惟一須要的就是加入一小段代碼。

GDB wrapper

不少時候，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。對於這種狀況，咱們也可使用gdb wrapper 方法。它的優勢是不用添加額外代碼。

其基本原理是以gdb調用待執行代碼做爲一個新的總體來被exec函數執行，使得待執行代碼始終處於gdb的控制中，這樣咱們天然可以調試該子進程代碼。

仍是上面那個例子，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。咱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，其內容以下：

[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，但仍是不能調試：如何與gdb交互呢？咱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。具體來講，可使用xterm生成這個窗口。

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

xterm

就會跳出一個終端窗口：

終端

若是你是在一臺遠程linux服務器上調試，那麼可使用VNC(Virtual Network Computing) viewer從本地機器鏈接到服務器上使用xterm。在此以前，須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，因此咱們能夠直接運行vncserver命令。注意，第一次運行 vncserver時會提示輸入密碼，用做VNC viewer從客戶端鏈接時的密碼。能夠在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，好比xterm，VNC viewer都是和它通訊的。如上所示，咱們可使用的DISPLAY值爲tivf09:1。如今就能夠從本地機器使用VNC viewer鏈接過去：

VNC viewer：輸入服務器

輸入密碼：

VNC viewer：輸入密碼

登陸成功，界面和服務器本地桌面上同樣：

VNC viewer

下面咱們來修改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

若是你的程序在exec的時候還傳入了參數，能夠改爲：

#!/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

如今就能夠調試了。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中能夠看到，一個新的gdb xterm窗口在服務器端打開了

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

運行的正是要調試的程序。設置好斷點，開始調試吧！

注意，下面的錯誤通常是權限的問題，使用 xhost 命令來修改權限：

xterm 錯誤

[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，從任何機器均可以鏈接過來。考慮到安全問題，你也可使用xhost + <你的機器名>。

小結

上述三種方法各有特色和優劣，所以適應於不一樣的場合和環境：

• follow-fork-mode方法：方便易用，對系統內核和GDB版本有限制，適合於較爲簡單的多進程系統
• attach子進程方法：靈活強大，但須要添加額外代碼，適合於各類複雜狀況，特別是守護進程
• GDB wrapper方法：專用於fork+exec模式，不用添加額外代碼，但須要X環境支持（xterm/VNC）。

參考資料

• GDB 官方參考資料：http://sourceware.org/gdb/documentation/
  
  
• 更多 VNC 信息：http://www.realvnc.com/