问题的解决及使用GDB调试多线程多进程的手段(九)

NOTE ： 上一篇理论请戳这里戳我

一：待解决问题

[root@localhost dhuang]# ./12_1thread started...parent about to fork...preparing locks...parent unlocking locks...parent returned from forkchild unlocking locks...child returned from fork[root@localhost dhuang]# ./12_1 >temp.txt[root@localhost dhuang]# cat temp.txtthread started...parent about to fork...preparing locks...parent unlocking locks...parent returned from forkthread started...parent about to fork...preparing locks...child unlocking locks...child returned from fork

二：分析问题

　　可以看到输出到文件的话，有些信息打印了两次。笔者一下子就想到了以前笔者深度总结Standard IO的结论了：这是STANDARD IO中lined buffer和full buffer的锅，当然帮凶是fork对父进程资源继承的机制。其实问题到这里就解决了，但是这是笔者从原理上分析的结论，必然需要用实验去证实。
　　为此笔者对做一下修改：1. 将标准输出指向文件，方便GDB调式查看结果。 2. 简化代码逻辑，能够说明本文目的即可。 3. 本文的重点将是如何分析问题并解决问题，而非问题本身。

三：解决问题

3.1 修改代码看看结果

[root@localhost dhuang]# vim 12_1.c                  #include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <pthread.h>#include <err.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <string.h>void prepare(void){        printf("preparing locks...\n");}void * thr_fn(void *arg){        printf("thread started...\n");        fflush(1);//这里专门针对DeBUG        pause();        return(0);}int main(void){        int err;        pid_t pid;        pthread_t tid;        int fd;        char * buffer="hi, it's a flag to control flow\n";        //可以使用多种手段重定向标准输入到文件        close(1);        if((fd=open("data.txt",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH)) < 0)                errx(1,"error in creating a file\n");        //这里已经将pthread_atfork本来的目的忽略了！        if ((err = pthread_atfork(prepare, NULL, NULL)) != 0)                errx(1, "can’t install fork handlers");        if ((err = pthread_create(&tid, NULL, thr_fn, 0)) != 0)                errx(1, "can’t create thread");        sleep(2);        //这里将会更直观的看到一些区别        write(STDOUT_FILENO,buffer,strlen(buffer));        printf("parent about to fork....\n");        if ((pid = fork()) < 0)                errx(1,"fork failed");        else if (pid == 0)                printf("child returned from fork\n");        else                printf("parent returned from fork\n");        exit(0);}

　　运行结果如下：

[root@localhost dhuang]# gcc -pthread -o 12_1 12_1.c[root@localhost dhuang]# ./12_1[root@localhost dhuang]# cat data.txtthread started...hi, it`s a flag to control flowparent about to fork....preparing locks...parent returned from forkparent about to fork....preparing locks...child returned from fork

　　可以看到thread started...及hi,it's...,parent about to fork...输出了两次，所以到这里已经很明确了，笔者通过修改的代码验证了最上面的理论分析。但是还是不够，没有做GDB的跟踪，因为GDB值得好好掌握啊，这是个练手的机会。

3.2 多线程及多进程GDB跟踪

　　首先重新编译增加调试信息，本程序正好fork前跟踪另一个线程，fork后跟踪另一个进程。

3.2.1 跟踪线程：

[root@localhost dhuang]# gcc -pthread -o 12_1 12_1.c -g[root@localhost dhuang]# gdbGNU gdb (GDB) Fedora 8.0.1-33.fc27Copyright (C) 2017 Free Software Foundation, Inc............//简化一些信息，笔者没有用截图。(gdb) file 12_1Reading symbols from 12_1...done.(gdb) break 14Breakpoint 1 at 0x4008f4: file 12_1.c, line 14.(gdb) break mainBreakpoint 2 at 0x400921: file 12_1.c, line 25.(gdb) rStarting program: /root/dhuang/12_1Missing separate debuginfos, use: dnf debuginfo-install glibc-2.26-20.fc27.x86_64[Thread debugging using libthread_db enabled]Using host libthread_db library "/lib64/libthread_db.so.1".Breakpoint 2, main () at 12_1.c:2525              char * buffer="hi, it's a flag to control flow\n";(gdb) set scheduler-locking on(gdb) cContinuing.[New Thread 0x7ffff77d2700 (LWP 8431)][Switching to Thread 0x7ffff77d2700 (LWP 8431)]Thread 2 "12_1" hit Breakpoint 1, thr_fn (arg=0x0) at 12_1.c:1414              printf("thread started...\n");(gdb) info thread  Id   Target Id         Frame  1    Thread 0x7ffff7fd5740 (LWP 8427) "12_1" 0x00007ffff78aead0 in nanosleep () from /lib64/libc.so.6* 2    Thread 0x7ffff77d2700 (LWP 8431) "12_1" thr_fn (arg=0x0) at 12_1.c:14(gdb) next15              fflush(stdout);//这里专门针对DeBUG(gdb)//-------------------------------------------------------------------//此时在另一个终端看看data.txt文件的结果，以上fflush语句还未执行[root@localhost dhuang]# cat data.txt//什么都没有

(gdb) next16              pause();(gdb)//-----------------------------------------------------------------//此时再次在另一个终端观察结果，发现文件里面有了输出。所以因为fflush的缘故，刷新了标准输出。[root@localhost dhuang]# cat data.txtthread started...[root@localhost dhuang]#

//笔者强调下GDB没有退出过，所以还是接着上面的操作来的(gdb) thread 1[Switching to thread 1 (Thread 0x7ffff7fd5740 (LWP 8427))]#0  0x00007ffff78aead0 in nanosleep () from /lib64/libc.so.6(gdb) break 36Breakpoint 3 at 0x4009dc: file 12_1.c, line 36.(gdb) cContinuing.Thread 1 "12_1" hit Breakpoint 3, main () at 12_1.c:3636              write(STDOUT_FILENO,buffer,strlen(buffer));(gdb) next37              printf("parent about to fork....\n");(gdb) next38              if ((pid = fork()) < 0)(gdb)//-----------------------------------------------------------------//在另一个终端看看结果[root@localhost dhuang]# cat data.txtthread started...hi, it's a flag to control flow

　　以上跟踪调试的结果很好的和笔者的分析吻合，因为头一个输出使用了fflush刷新缓冲区，另一个输出使用了低层次的I/O write。其实到这里本文已经可以结尾了，但是多进程的部分做个最后的验证吧。

3.2.2 跟踪进程：

//笔者强调下GDB没有退出过，所以还是接着上面的操作来的(gdb) set follow-fork-mode child(gdb) set detach-on-fork off(gdb) break 41Breakpoint 4 at 0x400a2e: file 12_1.c, line 41.(gdb) cContinuing.[New process 8512]Reading symbols from /root/dhuang/12_1...done.[Thread debugging using libthread_db enabled]Using host libthread_db library "/lib64/libthread_db.so.1".[Switching to Thread 0x7ffff7fd5740 (LWP 8512)]Thread 2.1 "12_1" hit Breakpoint 4, main () at 12_1.c:4141                      printf("child returned from fork\n");Missing separate debuginfos, use: dnf debuginfo-install glibc-2.26-20.fc27.x86_64(gdb) info inferiors  Num  Description       Executable          1    process 8427      /root/dhuang/12_1* 2    process 8512      /root/dhuang/12_1(gdb) next44              exit(0);(gdb) next[Inferior 2 (process 8512) exited normally](gdb)//-----------------------------------------------------------------//注意这里让子进程结束了[root@localhost dhuang]# cat data.txtthread started...hi, it`s a flag to control flowparent about to fork....preparing locks...child returned from fork[root@localhost dhuang]#//子进程因为exit(0),所以刷新了缓冲区，这里就可以看到子进程的输出了。注意`parent about to fork....`和`preparing locks...`

(gdb) break 43Breakpoint 5 at 0x400a3a: /root/dhuang/12_1.c:43. (2 locations)(gdb) cContinuing.Thread 1 "12_1" hit Breakpoint 5, main () at 12_1.c:4343                      printf("parent returned from fork\n");(gdb) next44              exit(0);(gdb) next[Thread 0x7ffff77d2700 (LWP 8431) exited][Inferior 1 (process 8427) exited normally](gdb) q[root@localhost dhuang]#//-----------------------------------------------------------------//注意这里让子进程结束了[root@localhost dhuang]# cat data.txtthread started...hi, it`s a flag to control flowparent about to fork....preparing locks...child returned from forkparent about to fork....preparing locks...parent returned from fork[root@localhost dhuang]#  

　　至此，整个过程完全复现。所以重复下造成题目刚开始输出差别的根本原因是：

• 标准IO函数会有默认buffer的存在，输出到文件的话是full buffer，而输出到终端的话是line buffer。
• fork子进程会继承大部分父进程的资源，其中就包括打开的文件描述符，还有标准IO 函数所分配的buffer区域！

四：写在最后

　　本文笔者没有介绍GDB调试多线程和多进程的用法，本文的重点在于如何分析解决一个问题。而非任意工具的使用，本文程序也并非有实用性，笔者根据问题修改的代码。如pthread_atfork本来的目的是为了锁在多线程中fork的一致性，这里没有体现这一作用。如果对于笔者以上论述有任何疑问，请及时指正。

NOTE：GDB笔者现学现卖，如果有使用过KEIL调式单片机程序的话，完全就是一样的思路。但是多线程和多进程的调试，首先需要有相应的理论知识。