使用GDB调试Python程序

最近用在开发一个 agent 程序，需要支持 Linux 、 FreeBSD 及 Windows 等操作系统。复杂的机器环境，导致一系列诡异问题，尽管代码发布前在不少测试机上验证过。

Python 程序吐 coredump 文件怎么办？很多人会想到用 gdb 加载 coredump 文件，然后查看 信号 及 堆栈 信息，据此分析原因。堆栈信息在调试中非常有用，可别忘了，待调试的是 Python 代码，而 gdb 提供的是 C 堆栈信息！难道要撸 Python 源码，然后分析各种核心数据结构吗？有什么方式可以查看到 Python 堆栈信息吗？

还遇到过另一个问题，一个 Python 进程突然间陷入死循环，所有其他线程都调度不到。遇到这种情况，首先可能需要知道死循环到底在干什么。如何获悉呢？可能用 strace 跟一下系统调用可以看出一点端倪。但是一个堆栈信息更为具体更有说服力，就算是只有 C 堆栈信息有时也是足以说明问题的。

gdb 就可以解决以上难题(其实远不止)，接下来，我们一起看看具体要怎么操作吧~

准备

首先得有 gdb 吧，这个就不细说了， Debian 系发行版上运行以下命令完成安装：

  1. $ apt-get install gdb

其次，还需要装一个包—— python-dbg 。这个包有什么作用呢？前面不是抱怨过 C 堆栈对于调试一个 Python 有何用？我们更需要的是 Python 堆栈信息， python-dbg 就是为了完成这个使命。

运行

全新启动一个 Python 程序并进行调试，可以采用交互式方式，先启动 gdb 然后在 gdb shell 中启动 Python 程序：

  1. $ gdb python
  2. ...
  3. (gdb) run <programname>.py <arguments>

当然了，也可以一步到位，一条命令搞定这两步：

  1. $ gdb -ex r --args python <programname>.py <arguments>

遗憾的是，现实中往往是这样的情景——一个正在运行的程序突然异常了，你需要调试它！这时为之奈何？

有一种方法你可以给它发一个信号，出一个 coredump 文件，然后用 gdb 来调试 coredump 文件：

  1. $ gdb <coredump_file>

显然易见，这并不是一种很好的方式，那么有没有什么办法可以捕获进程并调试呢？你想得到的很有可能都有人实现了——

  1. $ gdb python <process id>
  1. $ gdb attach <process id>

这两种方式都可以让 gdb 捕获一个进程。因此，我们需要做的只是确定问题进程的 pid ，这个总该没有难度了吧—— top 、 ps 等等一系列命令都可以做到。

堆栈查看

查看 C 堆栈信息，用过 gdb 命令的估计都知道怎么做：

  1. (gdb) bt
  2. #0 0x0000002a95b3b705 in raise () from /lib/libc.so.6
  3. #1 0x0000002a95b3ce8e in abort () from /lib/libc.so.6
  4. #2 0x00000000004c164f in posix_abort (self=0x0, noargs=0x0) at ../Modules/posixmodule.c:7158
  5. #3 0x0000000000489fac in call_function (pp_stack=0x7fbffff110, oparg=0) at ../Python/ceval.c:3531
  6. #4 0x0000000000485fc2 in PyEval_EvalFrame (f=0x66ccd8) at ../Python/ceval.c:2163
  7. ...

那么，怎么查看 Python 堆栈呢。安装 python-gdb 之后， gdb 会提供若干相关的操作。其中 py-bt 就是用来查看 Python 堆栈的：

  1. (gdb) py-bt

线程查看

调试多线程程序，首先总得搞清楚到底有哪些线程吧：

  1. (gdb) info threads
  2.  Id Target Id Frame
  3.   37 Thread 0xa29feb40 (LWP 17914) "NotificationThr" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  4.   36 Thread 0xa03fcb40 (LWP 17913) "python2.7" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  5.   35 Thread 0xa0bfdb40 (LWP 17911) "QProcessManager" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  6.   34 Thread 0xa13feb40 (LWP 17910) "python2.7" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  7.   33 Thread 0xa1bffb40 (LWP 17909) "python2.7" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  8.   31 Thread 0xa31ffb40 (LWP 17907) "QFileInfoGather" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  9.   30 Thread 0xa3fdfb40 (LWP 17906) "QInotifyFileSys" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  10.   29 Thread 0xa481cb40 (LWP 17905) "QFileInfoGather" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  11.   7  Thread 0xa508db40 (LWP 17883) "QThread" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  12.   6  Thread 0xa5cebb40 (LWP 17882) "python2.7" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  13.   5  Thread 0xa660cb40 (LWP 17881) "python2.7" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  14.   3  Thread 0xabdffb40 (LWP 17876) "gdbus" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  15.   2  Thread 0xac7b7b40 (LWP 17875) "dconf worker" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()
  16. * 1  Thread 0xb7d876c0 (LWP 17863) "python2.7" 0xb7fdd424 in __kernel_vsyscall ()

请注意 * 号哦——它标识的是当前线程。

那么如何切换线程呢？

  1. (gdb) thread 37

这样就将37号线程设置为当前线程进行调试了。

好，那么怎么查看当前线程的相关信息呢？上节中， py-bt 可以帮上忙——至少知道线程的执行堆栈。还有一个操作 py-list ，可以清楚看到当前执行到代码的第几行，还有前后若干行的代码可以对照哦：

  1. (gdb) py-list
  2. 2025         # Open external files with our Mac app
  3. 2026         if sys.platform == "darwin" and 'Spyder.app' in __file__:
  4. 2027             main.connect(app, SIGNAL('open_external_file(QString)'),
  5. 2028                          lambda fname: main.open_external_file(fname))
  6. 2029
  7. >2030        app.exec_()
  8. 2031         return main
  9. 2032
  10. 2033
  11. 2034     def __remove_temp_session():
  12. 2035         if osp.isfile(TEMP_SESSION_PATH):

还有更 6 的，查看所有进程执行位置，非常方便有木有：

  1. (gdb) thread apply all py-list
  2. ...
  3.  200
  4.  201         def accept(self):
  5. >202             sock, addr = self._sock.accept()
  6.  203             return _socketobject(_sock=sock), addr
  7.  204         accept.__doc__ = _realsocket.accept.__doc__
  8.  205
  9.  206         def dup(self):
  10.  207             """dup() -> socket object
  11.  
  12. Thread 35 (Thread 0xa0bfdb40 (LWP 17911)):
  13. Unable to locate python frame
  14.  
  15. Thread 34 (Thread 0xa13feb40 (LWP 17910)):
  16.  197             for method in _delegate_methods:
  17.  198                 setattr(self, method, dummy)
  18.  199         close.__doc__ = _realsocket.close.__doc__
  19.  200
  20.  201         def accept(self):
  21. >202             sock, addr = self._sock.accept()
  22.  203             return _socketobject(_sock=sock), addr...

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参考文献