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一个Linux上分析死锁的简单方法

2019年10月12日 文章来源:网络整理 热度:108℃ 作者:刘英

死锁 (deallocks): 是指两个或两个以上的进程(线程)在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等待的进程(线程)称为死锁进程(线程)。 由于资源占用是互斥的,当某个进程提出申请资源后,使得有关进程(线程)在无外力协助下,永远分配不到必需的资源而无法继续运行,这就产生了一种特殊现象死锁。

一种交叉持锁死锁的情形,此时执行程序中两个或多个线程发生永久堵塞(等待),每个线程都在等待被其它线程占用并堵塞了的资源。例如,如果线程 1 锁住了记录 A 并等待记录 B,而线程 2 锁住了记录 B 并等待记录 A,这样两个线程就发生了死锁现象。在计算机系统中 , 如果系统的资源分配策略不当,更常见的可能是程序员写的程序有错误等,则会导致进程因竞争资源不当而产生死锁的现象。

产生死锁的四个必要条件

(1) 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程(线程)使用。
(2) 请求与保持条件:一个进程(线程)因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。
(3) 不剥夺条件 : 此进程(线程)已获得的资源,在末使用完之前,不能强行剥夺。
(4) 循环等待条件 : 多个进程(线程)之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

图 1. 交叉持锁的死锁示意图:

一个Linux上分析死锁的简单方法

注释:在执行 func2 和 func4 之后,子线程 1 获得了锁 A,正试图获得锁 B,但是子线程 2 此时获得了锁 B,正试图获得锁 A,所以子线程 1 和子线程 2 将没有办法得到锁 A 和锁 B,因为它们各自被对方占有,永远不会释放,所以发生了死锁的现象。

使用 pstack 和 gdb 工具对死锁程序进行分析

pstack 在 Linux 平台上的简单介绍

pstack 是 Linux(比如 Red Hat Linux 系统、Ubuntu Linux 系统等)下一个很有用的工具,它的功能是打印输出此进程的堆栈信息。可以输出所有线程的调用关系栈。

gdb 在 Linux 平台上的简单介绍

GDB 是 GNU 开源组织发布的一个强大的 UNIX 下的程序调试工具。Linux 系统中包含了 GNU 调试程序 gdb,它是一个用来调试 C 和 C++ 程序的调试器。可以使程序开发者在程序运行时观察程序的内部结构和内存的使用情况 .

gdb 所提供的一些主要功能如下所示:

1 运行程序,设置能影响程序运行的参数和环境 ;

2 控制程序在指定的条件下停止运行;

3 当程序停止时,可以检查程序的状态;

4 当程序 crash 时,可以检查 core 文件;

5 可以修改程序的错误,并重新运行程序;

6 可以动态监视程序中变量的值;

7 可以单步执行代码,观察程序的运行状态。

gdb 程序调试的对象是可执行文件或者进程,而不是程序的源代码文件。然而,并不是所有的可执行文件都可以用 gdb 调试。如果要让产生的可执行文件可以用来调试,需在执行 g++(gcc)指令编译程序时,加上 -g 参数,指定程序在编译时包含调试信息。调试信息包含程序里的每个变量的类型和在可执行文件里的地址映射以及源代码的行号。gdb 利用这些信息使源代码和机器码相关联。gdb 的基本命令较多,不做详细介绍,大家如果需要进一步了解,请参见 gdb 手册。

清单 1. 测试程序

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#include  

#include  

#include  

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_t mutex3 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_t mutex4 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

staTIc int sequence1 = 0;

static int sequence2 = 0;

int func1()

{

pthread_mutex_lock(&mutex1);

++sequence1;

sleep(1);

pthread_mutex_lock(&mutex2);

++sequence2;

pthread_mutex_unlock(&mutex2);

pthread_mutex_unlock(&mutex1);

return sequence1;

}

int func2()

{

pthread_mutex_lock(&mutex2);

++sequence2;

sleep(1);

pthread_mutex_lock(&mutex1);

++sequence1;

pthread_mutex_unlock(&mutex1);

pthread_mutex_unlock(&mutex2);

return sequence2;

}

void* thread1(void* arg)

{

while (1)

{

int iRetValue = func1();

if (iRetValue == 100000)

{

pthread_exit(NULL);

}

}

}

void* thread2(void* arg)

{

while (1)

{

int iRetValue = func2();

if (iRetValue == 100000)

{

pthread_exit(NULL);

}

}

}

void* thread3(void* arg)

{

while (1)

{

sleep(1);

char szBuf[128];

memset(szBuf, 0, sizeof(szBuf));

strcpy(szBuf, "thread3");

}

}

void* thread4(void* arg)

{

while (1)

{

sleep(1);

char szBuf[128];

memset(szBuf, 0, sizeof(szBuf));

strcpy(szBuf, "thread3");

}

}

int main()

{

pthread_t tid[4];

if (pthread_create(&tid[0], NULL, &thread1, NULL) != 0)

{

_exit(1);

}

if (pthread_create(&tid[1], NULL, &thread2, NULL) != 0)

{

_exit(1);

}

if (pthread_create(&tid[2], NULL, &thread3, NULL) != 0)

{

_exit(1);

}

if (pthread_create(&tid[3], NULL, &thread4, NULL) != 0)

{

_exit(1);

}

sleep(5);

//pthread_cancel(tid[0]);

pthread_join(tid[0], NULL);

pthread_join(tid[1], NULL);

pthread_join(tid[2], NULL);

pthread_join(tid[3], NULL);

pthread_mutex_destroy(&mutex1);

pthread_mutex_destroy(&mutex2);

pthread_mutex_destroy(&mutex3);

pthread_mutex_destroy(&mutex4);

return 0;

}

清单 2. 编译测试程序

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[dyu@xilinuxbldsrv purify]$ g++ -g lock.cpp -o lock -lpthread

清单 3. 查找测试程序的进程号

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[dyu@xilinuxbldsrv purify]$ ps -ef|grep lock

dyu       6721  5751  0 15:21 pts/3    00:00:00 ./lock

清单 4. 对死锁进程第一次执行 pstack(pstack –进程号)的输出结果

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[dyu@xilinuxbldsrv purify]$ pstack 6721

Thread 5 (Thread 0x41e37940 (LWP 6722)):

#0  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0

#1  0x0000003d1a808e1a in _L_lock_1034 () from /lib64/libpthread.so.0

#2  0x0000003d1a808cdc in pthread_mutex_lock () from /lib64/libpthread.so.0

#3  0x0000000000400a9b in func1() ()

#4  0x0000000000400ad7 in thread1(void*) ()

#5  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0

#6  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6

Thread 4 (Thread 0x42838940 (LWP 6723)):

#0  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0

#1  0x0000003d1a808e1a in _L_lock_1034 () from /lib64/libpthread.so.0

#2  0x0000003d1a808cdc in pthread_mutex_lock () from /lib64/libpthread.so.0

#3  0x0000000000400a17 in func2() ()

#4  0x0000000000400a53 in thread2(void*) ()

#5  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0

#6  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6

Thread 3 (Thread 0x43239940 (LWP 6724)):

#0  0x0000003d19c9a541 in nanosleep () from /lib64/libc.so.6

#1  0x0000003d19c9a364 in sleep () from /lib64/libc.so.6

#2  0x00000000004009bc in thread3(void*) ()

#3  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0

#4  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6

Thread 2 (Thread 0x43c3a940 (LWP 6725)):

#0  0x0000003d19c9a541 in nanosleep () from /lib64/libc.so.6

#1  0x0000003d19c9a364 in sleep () from /lib64/libc.so.6

#2  0x0000000000400976 in thread4(void*) ()

#3  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0

#4  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6

Thread 1 (Thread 0x2b984ecabd90 (LWP 6721)):

#0  0x0000003d1a807b35 in pthread_join () from /lib64/libpthread.so.0

#1  0x0000000000400900 in main ()

清单 5. 对死锁进程第二次执行 pstack(pstack –进程号)的输出结果

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[dyu@xilinuxbldsrv purify]$ pstack 6721

Thread 5 (Thread 0x40bd6940 (LWP 6722)):

#0  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0

#1  0x0000003d1a808e1a in _L_lock_1034 () from /lib64/libpthread.so.0

#2  0x0000003d1a808cdc in pthread_mutex_lock () from /lib64/libpthread.so.0

#3  0x0000000000400a87 in func1() ()

#4  0x0000000000400ac3 in thread1(void*) ()

#5  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0

#6  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6

Thread 4 (Thread 0x415d7940 (LWP 6723)):

#0  0x0000003d1a80d4c4 in __lll_lock_wait () from /lib64/libpthread.so.0

#1  0x0000003d1a808e1a in _L_lock_1034 () from /lib64/libpthread.so.0

#2  0x0000003d1a808cdc in pthread_mutex_lock () from /lib64/libpthread.so.0

#3  0x0000000000400a03 in func2() ()

#4  0x0000000000400a3f in thread2(void*) ()

#5  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0

#6  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6

Thread 3 (Thread 0x41fd8940 (LWP 6724)):

#0  0x0000003d19c7aec2 in memset () from /lib64/libc.so.6

#1  0x00000000004009be in thread3(void*) ()

#2  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0

#3  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6

Thread 2 (Thread 0x429d9940 (LWP 6725)):

#0  0x0000003d19c7ae0d in memset () from /lib64/libc.so.6

#1  0x0000000000400982 in thread4(void*) ()

#2  0x0000003d1a80673d in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0

#3  0x0000003d19cd40cd in clone () from /lib64/libc.so.6

Thread 1 (Thread 0x2af906fd9d90 (LWP 6721)):

#0  0x0000003d1a807b35 in pthread_join () from /lib64/libpthread.so.0

#1  0x0000000000400900 in main ()

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