c++多线程debug

news2025/7/19 8:31:04

debug demo

命令行查看

ps -eLf|grep cam_det //查看当前运行的轻量级进程

ps -aux | grep 执行文件  //查看当前运行的进程

ps -aL | grep 执行文件  //查看当前运行的轻量级进程

pstree -p 主线程ID  //查看主线程和新线程的关系

查看线程栈结构

pstack 线程ID

步骤:

gdb test

r

ctrl + c  #中断

break row_num thread 9

c

ctrl + c

thread apply 9 next

thread 9

bt    #显示栈信息,想看第几步,就输入f 几

f 3 #

info locals #显示当前调用栈的所有变量

只允许当前一个线程运行

info threads #查看当前线程,带星号*

thread xxxxx  #切换线程,如 thread 5

set scheduler-locking on

next

只暂停指定线程,其他线程不影响

all-stop模式改为non-stop模式,即暂停某一线程,不会影响其他线程

gdb 执行文件

set pagination off
set non-stop on

break test.cpp:91

show non-stop

run

thread apply thread_serial_num next #单步查看这个线程运行

break

gdb -v 查看版本信息7.0以前不支持non-stop模式

break,tbreak可以根据行号、函数、条件生成断点。tbreak设置方法与break相同,只不过tbreak只在断点停一次,过后会自动将断点删除,break需要手动控制断点的删除和使能。

break 可带如下参数:

linenum                 本地行号,即list命令可见的行号

filename:linenum  制定个文件的行号

function                函数,可以是自定义函数也可是库函数,如open

filename:function  制定文件中的函数

condtion                条件

*address      地址,可是函数,变量的地址,此地址可以通过info add命令得到。

例如:

break 10    

break test.c:10

break main

break test.c:main

b 6      // 表示在程序开始第6行暂停

b +6   // 表示在当前暂停位置往后偏移6行,打个断点

b -6   // 表示在当前暂停位置往前偏移6行,打个断点

b add   // 表示在程序中函数add开头处暂停

b test.c:6  // 表示在test.c文件的第6行暂停

b test.c:add // 表示在test.c文件中函数add开头处暂停

break system

break open

如果想在指定的地址设置断点,比如在main函数的地址出设断点。

可用info add main 获得main的地址如0x80484624,然后用break *0x80484624.

条件断点就是在如上述指定断点的同时指定进入断点的条件。

例如:(假如有int 类型变量 index)

break 10 if index == 3

tbreak 12 if index == 5

info break 可列出所有断点信息

对特定线程打断点

  • break <linespec> thread <threadno>
  • break <linespec> thread <threadno> if ...

linespec指定了断点设置在的源程序的行号 threadno指定了线程的ID ID是GDB分配的 可以通过info threads命令来查看正在运行程序中的线程信息 如果不指定thread <threadno>表示断点设在所有线程上面

调用GDB调试器的方式

未运行的程序

gdb + 可执行程序: gdb ./test

gdb + 源文件: gdb test.c

正在运行的程序

ps -efL | grep 进程名字   #查看进程pid

gdb attach 进程PID

调试异常崩溃程序coredump
编译debug

CMakeLists.txt

SET(CMAKE_BUILD_TYPE "Debug")

cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug ..

设置core文件大小

终端输入ulimit -c,若为0,则不会产生对应的coredump,需要进行修改和设置。 

ulimit -a  #查看core文件大小, ulimit -c

ulimit -c unlimited #设置core文件无限大

1)临时修改

在当前终端中输入 

ulimit  -c unlimited  

(可以产生coredump且不受大小限制),这种设置仅对当前终端生效。

2)永久生效

sudo vim /etc/profile

ulimit -c unlimited # add

source /etc/profile

设置core文件保存路径
  1. 临时有效

新建文件夹coredump

echo '/home/xxxxx/coredump/core-%t-%e-%p-%c' > /proc/sys/kernel/core_pattern

2)永久有效

sudo vim /etc/sysctl.conf
文件尾部增加:

kernel.core_pattern =/home/xxxxx/coredump/core-%t-%e-%p-%c

sudo sysctl -p /etc/sysctl.conf   # 重新加载内核参数

这样配置后,产生的 core文件中将带有崩溃的程序名、以及它的进程ID。

%t:表示核心转储的时间。

%e:表示核心转储的程序名。

%p 表示产生核心转储的进程ID。

%c:表示核心转储的大小

gdb调试运行core file

gdb 可执行文件core_file

gdb 定位程序运行位置

where或backtrace

info frame

在gdb中设置断点,然后运行程序

使用gdb的display命令,可以在每次程序停下来时显示某个表达式的值。你可以使用display 变量名来监视某个变量的值,或者使用display 函数名来监视某个函数的返回值

常用命令

- info threads:查看线程状态信息

- thread <thread-id>:切换当前线程

- thread apply [thread-id-list | all] <command>:针对指定线程执行命令

- break <location> thread <thread-id> if <condition>:设置条件断点,仅对指定线程生效

- set scheduler-locking on/off/step/replay:控制是否锁定当前线程,如果当前程序被锁定,恢复程序运行时,只有当前线程可以运行

- set non-stop on:开启Non-Stop模式,该模式下,一个线程被中断执行,不会影响其他线程

- set non-stop off:关闭Non-Stop模式,即进入All-Stop模式。该模式下,一个线程被中断执行,其他所有线程都会被中断

- interrut -a:中断所有线程执行

(gdb) info frame // 显示栈帧信息
(gdb) info registers // 显示寄存器
(gdb) info args // 显示参数
(gdb) info locals // 显示本地变量
(gdb) p argc // print打印变量argc

在gdb调测时就可以使用l(list)命令查看对应源码了,加上数字可以指定显示行,也可以加上函数名称

(gdb) l

(gdb) list + // 后移

(gdb) list - // 前移

(gdb) list 10 // 显示指定行

(gdb) list main // 显示指定函数

(gdb) list main.cpp:5 // 显示指定文件指定行

(gdb) list main.cpp:main // 显示指定文件指定函数

命令

用法

info threads

显示当前可调试的所有线程,每个线程有一个GDB为其分配的ID,后面操作线程的时候会用到这个ID 。前面的有*的是当前调试的线程

thread ID

切换但钱的线程为指定ID的线程

break thread_test.c:123 thread all(例:在相应函数的位置设置断点break pthread_run1)

在所有线程中相应的行上设置断点

thread apply ID1 ID2 command

让一个或者多个线程执行GDB命令command

thread apply all command

让所有被调试线程执行GDB命令command

set scheduler-locking 选项 command

设置线程是以什么方式来执行命令

set scheduler-locking off

不锁定任何线程,也就是所有线程都执行,这是默认值

set scheduler-locking on

只有当前被调试程序会执行

set scheduler-locking on step

在单步的时候,除了next过一个函数的情况(熟悉情况的人都知道,这其实是一个设置断点然后continue的行为)以外,只有当前线程会执行

调试过程中常见问题及解决方案

4.1 符号表问题

        (1)符号表缺失

        在编译时未开启-g选项,导致调试信息未被包含在可执行文件中。解决方法是在编译时添加-g选项。

        (2)符号表不匹配

        源代码与编译生成的符号表不匹配,可能是由于源代码被修改或重新编译导致。解决方法是确保源代码与符号表一致,或重新编译生成新的符号表。

4.2 内存泄漏检测与定位

        (1)内存泄漏现象

        程序在运行过程中不断占用内存,且无法释放。这可能是由于动态分配的内存未被正确释放导致。

        (2)内存泄漏检测工具

        使用Valgrind等内存泄漏检测工具可以帮助定位内存泄漏问题。这些工具可以检测出哪些内存块被分配但未释放。

        (2)内存泄漏定位方法

        通过分析内存泄漏检测工具的报告,结合源代码,可以定位到具体的内存泄漏位置。修复方法包括确保在使用完动态分配的内存后及时释放,以及检查是否存在野指针等问题。

4.3 段错误处理及原因分析

        (1)段错误现象

        程序在运行过程中突然崩溃,并报告“段错误”或“Segmentation fault”。这通常是由于访问了非法内存地址导致。

        (2)段错误原因分析

        可能的原因包括解引用空指针、越界访问数组、非法内存访问等。通过分析崩溃时的堆栈信息,可以定位到导致段错误的代码位置。

        (3) 段错误处理方法    

        根据段错误的原因,采取相应的处理措施。例如,对于解引用空指针的问题,需要确保在使用指针前进行非空检查;对于越界访问数组的问题,需要检查数组索引是否越界,并确保数组长度足够。

4.4 性能优化建议

        (1)优化算法

        针对程序中耗时的算法进行优化,例如使用更高效的算法或数据结构,减少不必要的计算或内存访问。

        (2)减少I/O操作

        减少不必要的文件读写或网络传输操作,例如通过缓存数据或使用更高效的数据传输方式来提高I/O性能。

        (3)多线程/并行计算

        利用多线程或并行计算技术,将程序中的计算任务分配到多个处理器核心上执行,从而提高程序的执行效率。

        (4)优化编译器选项

        调整编译器的优化选项,例如开启O2或O3优化级别,可以让编译器自动进行代码优化,提高程序的执行效率。  

linux 动态库

动态库,不同的设备安装位置不一样

动态库链接的路径,除了系统目录,还看环境变量LD_LIBRARY_PATH

echo $LD_LIBRARY_PATH

动态库在链接和运行时都需要

静态库只在链接时用到。

ldd ./执行文件名字   #查找该程序所需的动态链接库

man dlopen  #手动打开动态链接库

find . -name *lib*  #在当前路径下查找某个文件

ls -al

readelf -a 1.out

md5sum 1.out a.out #校验文件是否一样

多线程示例代码

多线程调试基础命令

https://zhuanlan.zhihu.com/p/692414669

设置编译类型Debug

a.如果使用gcc/g++编译,需要加入参数“-g"。

b.如果使用cmake编译,需要在CMakeLists.txt中加入:

SET(CMAKE_BUILD_TYPE "Debug")    //选择Debug编译模式

SET(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "$ENV{CXXFLAGS} -O0 -Wall -g2 -ggdb")  

SET(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "$ENV{CXXFLAGS} -O3 -Wall")

c. cmake 编译 参数

终端带有Debug

查看线程状态信息 info threads

info threads显示,当前共有三个线程。以主线程(第一行)为例:1是GDB为主线程分配的ID,接下来0x7ffff7da3740是pthread库为主线程分配的pthread ID,后面括号中的355298是kernel为主线程分配的thread ID,再后面是该线程被中断时,代码正在执行的代码位置。

可用通过ps命令或者proc文件系统查看确认:

root@ubuntu:~# ps -eT | grep test

 355298  355298 pts/9    00:00:02 test

 355298  355301 pts/9    00:00:02 test

 355298  355302 pts/9    00:00:02 test

root@ubuntu:~# ls /proc/355298/task/

355298  355301  355302

线程1前面有个星号*,表示当前线程。默认情况下,执行的GDB命令是针对当前线程。比如此时执行bt(backtrace)命令,获取的是线程1的调用栈:

切换线程 thread

thread 2把线程2切换为当前线程.用info threads查看,星号*已经切到了线程2的前面

针对指定线程执行命令

thread apply [thread-id-list | all] command 可以针对指定线程执行命令

如:

  • thread apply all bt:打印所有线程的调用栈信息
  • thread apply 3 bt:打印线程3的调用栈信息
  • thread apply 2-3 bt:打印线程2和线程3的调用栈信息

针对特定线程设置断点

在设置断点时,我们可以选择让断点对所有的线程生效,或只对特定线程生效。命令格式为:

break <location>  # 在<location>设置断点,并对所有线程生效

break <location> thread <thread-id> # 在<location>设置断点,仅对<thread-id>指定的线程生效

break <location> thread <thread-id> if <condition> # 在<location>设置条件断点断点,仅对<thread-id>指定的线程生效

比如 break do_stuff thread 2, 这个命令在do_stuff()入口设置断点,只有thread 2调用这个函数是才会触发断点,其他thread调用这个函数不会触发断点。

GDB中的其他所有类型的断点,也支持对特定线程设置断点,如tbreak、watch等。

控制线程创建和退出信息

  • set print thread-events on/off 设置是否打印线程创建和退出信息,如上面例子中的:

[New Thread 0x7ffff7da2700 (LWP 355301)]

[New Thread 0x7ffff75a1700 (LWP 355302)]

  • 命令缩写

有时候使用thread apply [thread-id-list | all] command会稍显繁琐,GDB贴心的为我们提供了几种命令缩写:

taas command 相当于 thread apply all -s command

tfaas command 相当于 thread apply all -s -- frame apply all -s command 

这个命令非常有用。比如,有时我们只记得一个变量或参数的名字,却忘了或不知道它是在哪个具体的函数中,就可以用这个命令:tfaas p var_name,这个命令会搜索所有线程的调用栈,找到名字为var_name的变量,并打印它的值,如:

(gdb) tfaas p x1

Thread 2 (Thread 0x7ffff7da2700 (LWP 370514) "test"):

#0  thread_1 (arg=0x0) at test.c:10

$5 = 432504243

(gdb) tfaas p y2

Thread 3 (Thread 0x7ffff75a1700 (LWP 370515) "test"):

#0  thread_2 (arg=0x0) at test.c:18

$6 = 428735002

控制程序执行的两种模式

  • All-Stop Mode:在该模式下,不管因为什么原因,一个线程被中断执行,其他所有的线程都会同时被中断执行。
  • Non-Stop Mode:在该模式下,一个线程被中断执行,不会影响其他线程的正常执行。

All-Stop mode

在GDB中调试多线程程序,默认处于All-Stop Mode,即只要有一个线程被中断执行,其他所有的线程都会被中断执行。

比如,程序在运行时,按Ctrl+C,所有的线程都会被中断执行,同样的,当恢复程序执行时,所有的线程都会同时恢复执行。比如执行continue、step、next等命令。

在All-Stop模式下,只要有一个线程由于触发断点等原因停止执行,整个进程都会被停下来,这在一定程度上可以保证所有线程状态的同步,保持数据的一致性。比如,在查看某个可能会被多个线程修改的数据时,不需要担心在查看的同时被其他线程修改掉。

但是,这也给程序调试带来了一些困难,比如,无法100%精确地进行单步调试。有时你会发现,在执行step命令之后,程序却停在了另外一个线程中。

在线程2和线程3都会调用do_stuff(),在do_stuff()设置断点后,线程2先触发断点停在第4行,同时当前线程切换为线程2,然后执行step命令单步执行一条语句,理论上讲,线程2执行一条语句应该停在第5行代码,然而实际上却是执行完step命令后,线程3触发了断点,而此时线程3并未按照step命令的预期执行一行代码,而是仍然停留在第4行。再次单步执行,线程2却再次触发了断点,说明线程2执行了不止一条语句

为了解决这个问题,GDB提供了set scheduler-locking mode命令,锁定当前线程。

线程锁定模式

set scheduler-locking mode

mode 可能是:

  • off:不锁定任何线程,当恢复程序执行时,所有线程都可以自由执行
  • on:锁定当前线程,执行continue、step、next、finish等命令时,只有当前线程恢复执行,其余线程仍然处于中断状态
  • step:当单步执行时,和on一样,其余情况和off一样。简单来说,就是在这个锁定模式下执行单步操作,只有当前线程会执行,其他线程仍然处于中断状态。而执行其他命令时,如continue、finish等,和off一样,即所有线程都可以自由执行。
  • replay:在反向调试时和on一样,其余情况下,和off一样。后续会有专门文章详细介绍反向调试。

默认是replay模式,可以通过show scheduler-locking查看当前锁定模式。

简单解释一下:

  • 先在do_stuff()设置断点,并执行continue恢复程序执行。随后,线程2触发断点,停在第4行代代码。
  • 此时程序的状态是:线程2由于触发断点,停在第4行;由于在All-Stop模式,所以线程3也被中断,恰巧也停在第4行
  • 然后执行set scheduler-locking on 锁定当前线程2。
  • 此时单步执行,线程2停在第5行,而线程3仍然停在第4行。再执行continue,线程2会再次触发断点,此时发现线程3仍然停在第4行。

可见,执行set scheduler-locking on开启锁定模式之后,无论用什么命令恢复程序执行,只有当前线程2会执行,其余线程一直处于中断状态。

不过,同时中断所有的线程,可能会导致有些程序无法正常运行。比如,有些程序需要有专门的线程实时处理外部的消息或事件等,如果把所有的线程都中断的话,会由于外部事件得不到及时响应而导致程序异常终止。

这时,就需要用到Non-Stop模式

Non-Stop Mode

在Non-Stop模式下,一个线程被中断执行,并不会影响到其他线程。比如,一个线程触发断点,只有这一个线程会被中断执行,其余线程不受影响继续执行。同样的,在程序运行时,执行Ctrl+C,也只会中断一个线程。

要开启Non-Stop模式,需要在程序开始运行前,执行下面两个命令:

set pagination off

set non-stop on

可以通过下面这个命令关闭Non-Stop模式,即进入All-Stop模式

set non-stop off

查看Non-Stop模式是否开启:

show non-stop

后台执行

我们知道,在Shell中执行程序时,后面加一个&符号,可以把程序放在后台执行。在GDB中你同样可以在命令后面加一个&符号,这样就能把命令放在后台执行。

之所以提供后台执行的模式,其实就是让GDB始终可以接收用户输入,即便被调试程序正常运行时,仍然可以在GDB中执行命令。这在Non-Stop模式下,有时会非常有用。

前面讲过,Non-Stop模式下,按Ctrl+C只会中断那个接收到SIGINT信号的线程,其他线程不会受到影响继续运行。但是,有时候,为了尽量保证线程状态的同步,我们可能想要让所有的线程同时被中断或同时恢复运行,这种情况下,就可以通过后台执行命令的方式来实现。

并不是所有的命令都支持后台执行,目前支持后台执行的命令有:continue、run、attach、step、stepi、next、nexti、finish、until

常用命令小结

- info threads:查看线程状态信息

- thread <thread-id>:切换当前线程

- thread apply [thread-id-list | all] <command>:针对指定线程执行命令

- break <location> thread <thread-id> if <condition>:设置条件断点,仅对指定线程生效

- set scheduler-locking on/off/step/replay:控制是否锁定当前线程,如果当前程序被锁定,恢复程序运行时,只有当前线程可以运行

- set non-stop on:开启Non-Stop模式,该模式下,一个线程被中断执行,不会影响其他线程

r     #run

b 10  #在第10行打断点

- set non-stop off:关闭Non-Stop模式,即进入All-Stop模式。该模式下,一个线程被中断执行,其他所有线程都会被中断

- interrut -a:中断所有线程执行

- command &:后台执行

interrupt -a命令可以中断所有线程的执行

continue -a (c -a)命令可以恢复所有线程的执行

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