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作者:LemonCoder
linux調試工具?操作系統「進程」是學計算機都要接觸的基本概念,拋開那些純理論的操作系統底層實現,在Linux下做軟件開發這么多年,每次程序運行出現問題,都要一步一步分析進程各種狀態,去排查問題出在哪里,這次lemon帶你在Linux環境下實操,一步步探究揭開「Linux進程」的那些秘密。
何為進程
首先我們說下「程序」的概念,程序是一些保存在磁盤上的指令的有序集合,是靜態的。進程是程序執行的過程,包括了動態創建、調度和消亡的整個過程,它是程序資源管理的最小單位。
linux高級編程、線程是操作操作系統能夠進行運算調度的最小單位。大部分情況下,它被包含在進程之中,是進程中的實際運作單位,一個進程內可以包含多個線程,是資源調度的最小單位。[引用維基百科]
探究進程第一步,你在嗎?還好嗎?
ps
gdb查看當前調用棧信息、report a snapshot of the current processes. 列出當前系統進程的快照。
找到進程PID ( Process IDentity ),pid唯一標識一個進程。用ps這個命令,這個命令大家應該都知道吧,對于小白用戶,首先他不是Photoshop。
給大家簡單介紹一下,一般用法是ps -ef列出系統內經常信息,通常都會帶管道grep出自己感興趣的進程,像這樣ps -ef|grep intresting第一列PID代表進程號,PPID(parent process ID)代表父進程號。
linux $?、探究進程第二步,讓我看看你都交了哪些朋友(系統調用 & 信號)
strace
trace system calls and signals 跟蹤進程內部的系統調用和信號
vim debug,什么是「系統調用」?系統調用(system call),指運行在「用戶態」的程序向操作系統「內核態」請求需要更高權限運行的服務,系統調用提供用戶程序與操作系統之間的接口。
strace后面跟著啟動一個進程,可以跟蹤啟動后進程的系統調用和信號,這個命令可以看到進程執行時候都調用了哪些系統調用,通過指定不同的選項可以輸出系統調用發生的時間,精度可以精確到微秒,甚至還可以統計分析系統「調用的耗時」
這在排查進程假死問題的時候很有用,能幫你發現進程卡在哪個系統調用上。已經在運行的進程也可以指定-p參數加pid像gdb attach那樣附著上去跟蹤。
探究進程第三步,讓我看看你帶的小弟們(線程)。
pstack
print a stack trace of a running process 打印出運行中程序的堆棧信息。
執行命令pstack pid 你能看到當前線程運行中的堆棧信息,其中的pid可用之前的ps命令獲得,pstack可以看到進程內啟動的線程號,每個進程內線程的「堆棧」內容也能看到。
看到上面打印出的LWP了嗎,這里是個知識點, LPW是指Light-weight process 輕量級線程。引申知識:
探究進程第四步,讓小弟們(線程)出來排個隊吧。
pstree
display a tree of processes pstree按樹形結構打印運行中進程結構信息
可以直觀的查看進程和它啟動的線程的關系,并能顯示進程標識。
探究進程第五步,是死(進程崩潰)是活(進程運行中)我都要知道你的秘密(堆棧幀 & 上下文)。
gdb
gdb是GNU開發的gcc套件中Linux下程序調試工具,你可以查看程序的堆棧、設置斷點、打印程序運行時信息,甚至還能調試多線程程序,功能十分強大。
在這里把gdb當成一個命令來講有點大材小用,要詳細說gdb的話,完全可以撐起一篇文章的篇幅,這里長話短說,有機會再開一篇文章詳細介紹下它。
使用
要用gdb調試C/C++程序首先編譯的時候要加-g選項,g++ -g test.cpp -o test這樣生成的程序就可以用gdb來調試啦。
探究進程第六步,關于你的所有,我都想知道。
更近一步
通過/proc/pid文件了解進程的運行時信息和統計信息。/proc系統是一個偽文件系統,它只存在內存當中,而不占用外存空間,以文件系統的方式為內核與進程提供通信的接口。進入系統/proc目錄:
/proc目錄下有很多以數字命名的目錄,每個數字代表進程號PID它們是進程目錄。系統中當前運行的每一個進程在/proc下都對應一個以進程號為目錄名的目錄/proc/pid,它們是讀取進程信息的接口,我們可以進到這個文件里面,了解進程的運行時信息和統計信息。
高頻使用
/proc/pid目錄下的有一些重要文件,挑幾個使用頻率高的講一講。/proc/pid/environ 包含了進程的可用環境變量的列表 。程序出問題了如果不確定環境變量是否設置生效,可以cat這個文件出來查看確認一下。
/proc/pid/fd/ 這個目錄包含了進程打開的每一個文件的鏈接。從這里可以查看進程打開的文件描述符信息,包括標準輸入、輸出、錯誤流,進程打開的socket連接文件描述符也能看到,lsof命令也有類似的作用。
/proc/pid/stat包含了進程的所有狀態信息,進程號、父進程號、 線程組號、 該任務在用戶態運行的時間 、 該任務在用內核態運行的時間、 虛擬地址空間的代碼段、 阻塞信號的位圖等等信息應有盡有。
其他統計
/proc/pid/cmdline 該文件保存了進程的完整命令行
/proc/pid/cwd一個符號連接, 指向進程當前的工作目錄
/proc/pid/exe包含了正在進程中運行的程序鏈接
/proc/pid/mem包含了進程在內存中的內容
/proc/pid/statm包含了進程的內存使用信息
總結一下
好了,一頓操作下來,你對進程和它背后的秘密你已經非常了解了,下次我們的好朋友「進程」如果遇到了什么問題(崩潰coredump、假死、阻塞、系統調用超時、文件描述符異常),你應該知道如何幫它處理了吧!我們來總結一下:
ps查看進程id,看看進程還在不在以及進程狀態
如果在的話strace、psstack看下進程當前信息,是不是卡死在哪個位置,對比各幀最后調用信息找到異常點
如果進程不再了,如果有corefile文件,直接上gdb查看corefile信息
其他疑難雜癥懷疑進程狀態信息的時候,看看/proc/pid下面的進程狀態信息,可能會給你啟發。
最后,如果以上都不行,閉目祈禱吧!
寫在最后
今天的分享希望對你有幫助,祝大家寫的服務永不宕機,從不coredump,讓上面教你的操作吃灰去吧。
最后,感謝各位的閱讀。文章的目的是分享對知識的理解,技術類文章我都會反復求證以求最大程度保證準確性,若文中出現明顯紕漏也歡迎指出,我們一起在探討中學習。
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