使用 GDB 调试多进程程序

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 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@126~]# 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@126~]# 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:

[rroot@126~]# mv RIM_Oracle_Agent.9i RIM_Oracle_Agent.9i.binary

[root@126~]# 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。

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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