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c++多线程debug

news 来源：原创 2025/7/27 18:55:49

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

ctrl + c #中断

break row_num thread 9

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

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

或

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

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：