Linux 下程序出问题不要慌，资深程序员教你 6 招搞定！



大家好！我是 lemon 一个混迹一线互联网大厂，没有故事有点技术的程序员。



操作系统「进程」是学计算机都要接触的基本概念，抛开那些纯理论的操作系统底层实现，在Linux下做软件开发这么多年，每次程序运行出现问题，都要一步一步分析进程各种状态，去排查问题出在哪里，这次lemon带你在Linux环境下实操，一步步探究揭开「Linux进程」的那些秘密。



何为进程



首先我们说下「程序」的概念，程序是一些保存在磁盘上的指令的有序集合，是静态的。进程是程序执行的过程，包括了动态创建、调度和消亡的整个过程，它是程序资源管理的最小单位。



线程是操作操作系统能够进行运算调度的最小单位。大部分情况下，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位，一个进程内可以包含多个线程，是资源调度的最小单位。[引用维基百科]





探究进程第一步，你在吗？还好吗？



ps



report a snapshot of the current processes. 列出当前系统进程的快照。



找到进程PID ( Process IDentity )，pid唯一标识一个进程。用ps这个命令，这个命令大家应该都知道吧，对于小白用户，首先他不是Photoshop。





给大家简单介绍一下，一般用法是ps -ef列出系统内经常信息，通常都会带管道grep出自己感兴趣的进程，像这样ps -ef|grep intresting第一列PID代表进程号，PPID（parent process ID）代表父进程号。



探究进程第二步，让我看看你都交了哪些朋友（系统调用 & 信号）



strace



trace system calls and signals 跟踪进程内部的系统调用和信号



什么是「系统调用」？系统调用（system call），指运行在「用户态」的程序向操作系统「内核态」请求需要更高权限运行的服务，系统调用提供用户程序与操作系统之间的接口。



strace后面跟着启动一个进程，可以跟踪启动后进程的系统调用和信号，这个命令可以看到进程执行时候都调用了哪些系统调用，通过指定不同的选项可以输出系统调用发生的时间，精度可以精确到微秒，甚至还可以统计分析系统「调用的耗时」，这在排查进程假死问题的时候很有用，能帮你发现进程卡在哪个系统调用上。已经在运行的进程也可以指定-p参数加pid像gdb attach那样附着上去跟踪。





探究进程第三步，让我看看你带的小弟们（线程）。



pstack



print a stack trace of a running process 打印出运行中程序的堆栈信息。



执行命令pstack pid 你能看到当前线程运行中的堆栈信息，其中的pid可用之前的ps命令获得，pstack可以看到进程内启动的线程号，每个进程内线程的「堆栈」内容也能看到。



看到上面打印出的LWP了吗，这里是个知识点， LPW是指Light-weight process 轻量级线程。引申知识：



1. Linux中没有真正的线程

2. Linux中没有的线程Thread是由进程来模拟实现的所以称作：轻量级进程

3. 进程是「资源管理」的最小单元，线程是「资源调度」的最小单元（这里不考虑协程）



探究进程第四步，让小弟们（线程）出来排个队吧。



pstree



display a tree of processes pstree按树形结构打印运行中进程结构信息



可以直观的查看进程和它启动的线程的关系，并能显示进程标识。





探究进程第五步，是死（进程崩溃）是活（进程运行中）我都要知道你的秘密（堆栈帧 & 上下文）。

gdb



gdb是GNU开发的gcc套件中Linux下程序调试工具，你可以查看程序的堆栈、设置断点、打印程序运行时信息，甚至还能调试多线程程序，功能十分强大。



在这里把gdb当成一个命令来讲有点大材小用，要详细说gdb的话，完全可以撑起一篇文章的篇幅，这里长话短说，有机会再开一篇文章详细介绍下它。



使用



要用gdb调试C/C++程序首先编译的时候要加-g选项，g++ -g test.cpp -o test这样生成的程序就可以用gdb来调试啦。



1. 可以直接用gdb启动程序调试，命令：gdb prog

2. 用gdb附着到一个已经启动的进程上调试也可以。命令：gdb prog pid

3. 程序崩溃之后参数corefile也可以用gdb调试，看看程序死掉之前留了什么遗言（堆栈信息）给你。命令：gdb prog corefile，这里有一点需要注意，有些Linux系统默认程序崩溃不生成corefile，这时你需要ulimit -c unlimited这样就能生成corefile了。



探究进程第六步，关于你的所有，我都想知道。



更近一步



通过/proc/pid文件了解进程的运行时信息和统计信息。/proc系统是一个伪文件系统，它只存在内存当中，而不占用外存空间，以文件系统的方式为内核与进程提供通信的接口。进入系统/proc目录：





/proc目录下有很多以数字命名的目录，每个数字代表进程号PID它们是进程目录。系统中当前运行的每一个进程在/proc下都对应一个以进程号为目录名的目录/proc/pid ，它们是读取进程信息的接口，我们可以进到这个文件里面，了解进程的运行时信息和统计信息。



高频使用



/proc/pid目录下的有一些重要文件，挑几个使用频率高的讲一讲。

/proc/pid/environ 包含了进程的可用环境变量的列表 。程序出问题了如果不确定环境变量是否设置生效，可以cat这个文件出来查看确认一下。



/proc/pid/fd/ 这个目录包含了进程打开的每一个文件的链接。从这里可以查看进程打开的文件描述符信息，包括标准输入、输出、错误流，进程打开的socket连接文件描述符也能看到，lsof命令也有类似的作用。



/proc/pid/stat包含了进程的所有状态信息，进程号、父进程号、 线程组号、 该任务在用户态运行的时间 、 该任务在用内核态运行的时间、 虚拟地址空间的代码段、 阻塞信号的位图等等信息应有尽有。



其他统计



/proc/pid/cmdline 包含了用于开始进程的命令

/proc/pid/cwd包含了当前进程工作目录的一个链接

/proc/pid/exe 包含了正在进程中运行的程序链接

/proc/pid/mem 包含了进程在内存中的内容

/proc/pid/statm 包含了进程的内存使用信息



总结一下

好了，一顿操作下来，你对进程和它背后的秘密你已经非常了解了，下次我们的好朋友「进程」如果遇到了什么问题（崩溃coredump、假死、阻塞、系统调用超时、文件描述符异常），你应该知道如何帮它处理了吧！我们来总结一下：



• ps查看进程id，看看进程还在不在以及进程状态

• 如果在的话strace、psstack看下进程当前信息，是不卡死在哪个位置，对比各帧最后调用信息找到异常点

• 如果进程不再了，如果有corefile文件，直接上gdb查看corefile信息

• 其他疑难杂症怀疑进程状态信息的时候，看看/proc/pid下面的进程状态信息，可能会给你启发。

• 最后，如果以上都不行，闭目祈祷吧！





写在最后



今天的分享希望对你有帮助，祝大家写的服务永不宕机，从不coredump，让上面教你的操作吃灰去吧。



最后，感谢各位的阅读。文章的目的是分享对知识的理解，技术类文章我都会反复求证以求最大程度保证准确性，若文中出现明显纰漏也欢迎指出，我们一起在探讨中学习。



好了，今天的技术分享就到这里，本文是后端开发微服务设计系列的第二篇，这个系列应该还会继续更新，我们下期再见!



我是 lemon ，一个混迹互联网大厂的程序员，原创不易，各位的点赞是对我持续创作的最大支持。



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