是否可以确定持有互斥锁的线程？

Posted 2023-02-24

【中文标题】是否可以确定持有互斥锁的线程？

【英文标题】：Is it possible to determine the thread holding a mutex?

【发布时间】：2011-03-29 19:49:47

【问题描述】：

首先，我使用 pthread 库来编写多线程 C 程序。线程总是被等待的互斥锁挂起。当我使用 strace 实用程序查找处于FUTEX_WAIT 状态的线程时，我想知道当时哪个线程持有该互斥锁。但我不知道我该怎么做。是否有任何实用程序可以做到这一点？

有人告诉我Java虚拟机支持这个，所以我想知道Linux是否支持这个功能。

【参考方案1】：

您可以使用互斥体内部知识来执行此操作。通常这不是一个好主意，但它可以用于调试。

在具有 pthreads 的 NPTL 实现的 Linux 下（这是任何现代 glibc），您可以检查 pthread_mutex_t 结构的 __data.__owner 成员以找出当前锁定它的线程。这是使用gdb 附加到进程后的方法：

(gdb) thread 2
[Switching to thread 2 (Thread 0xb6d94b90 (LWP 22026))]#0  0xb771f424 in __kernel_vsyscall ()
(gdb) bt
#0  0xb771f424 in __kernel_vsyscall ()
#1  0xb76fec99 in __lll_lock_wait () from /lib/i686/cmov/libpthread.so.0
#2  0xb76fa0c4 in _L_lock_89 () from /lib/i686/cmov/libpthread.so.0
#3  0xb76f99f2 in pthread_mutex_lock () from /lib/i686/cmov/libpthread.so.0
#4  0x080484a6 in thread (x=0x0) at mutex_owner.c:8
#5  0xb76f84c0 in start_thread () from /lib/i686/cmov/libpthread.so.0
#6  0xb767784e in clone () from /lib/i686/cmov/libc.so.6
(gdb) up 4
#4  0x080484a6 in thread (x=0x0) at mutex_owner.c:8
8               pthread_mutex_lock(&mutex);
(gdb) print mutex.__data.__owner
$1 = 22025
(gdb)

（我切换到挂起的线程；执行回溯以找到它卡住的pthread_mutex_lock()；更改堆栈帧以找出它试图锁定的互斥锁的名称；然后打印该互斥锁的所有者）。这告诉我，LWP ID 为 22025 的线程是罪魁祸首。

然后您可以使用thread find 22025 找出该线程的gdb 线程号并切换到它。

【讨论】：

有没有办法将 data.__owner__ 与 pthread 线程 id 相关联？在玩这个时，我简单地编写了 log

@Duck：.__data.__owner 中的值是一个 TID。当每个线程启动时，您可以让他们记录他们的 TID（使用tid = syscall(SYS_gettid);）以及他们的pthread_t（来自pthread_self()）。

您还可以检查proc 中stat 文件中的线程堆栈指针，它与pthread_t 值非常接近（在几kb 内）。 :-)

顺便说一句：可以使用 info threads 将 TID (.__data.__owner) 映射到 pthread ID（在 gdb 中操作的 ID）。

@caf，您可以添加到您的答案中，现在 gdb 中有 thread find 命令。所以在发现mutex.__data.__owner 是22025 之后，您可以运行：thread find 22025 并获取gdb 中的线程号：（例如：Thread 29 has target id 'Thread 0x7fffdf5fe700 (LWP 22025)' ）。因此，您接下来可以使用以下命令切换到持有锁的线程：thread 29 或只是 t 29

【参考方案2】：

我不知道有任何这样的工具，所以我认为您不会那么容易摆脱 - 而且它可能不会像您想象的那样提供帮助调试程序的信息。尽管看起来技术含量很低，但日志记录是您调试这些东西的朋友。开始收集你自己的小日志功能。他们不必花哨，他们只需要在调试的同时完成工作。

对 C++ 感到抱歉，但类似：

void logit(const bool aquired, const char* lockname, const int linenum)

    pthread_mutex_lock(&log_mutex);

    if (! aquired)
        logfile << pthread_self() << " tries lock " << lockname << " at " << linenum << endl;
    else
        logfile << pthread_self() << " has lock "   << lockname << " at " << linenum << endl;

    pthread_mutex_unlock(&log_mutex);



void someTask()

    logit(false, "some_mutex", __LINE__);

    pthread_mutex_lock(&some_mutex);

    logit(true, "some_mutex", __LINE__);

    // do stuff ...

    pthread_mutex_unlock(&some_mutex);

记录不是一个完美的解决方案，但没有什么是完美的。它通常会为您提供您需要了解的信息。

【讨论】：

日志记录确实是非常有用的调试工具。感谢您的建议。

+1 谁不喜欢伐木？可以使用 LD_PRELOAD（和一些耐心）在不更改代码的情况下完成。用记录函数调用、互斥体地址和线程标识符的内容包装 pthread_mutex_* 函数（pthread_t 在 Linux 上恰好是一个整数类型，不是可移植的假设，但非常方便）。

日志记录的可能问题是它可能会破坏时间并使问题消失。

您也不能总是/可预测地插入库函数。这不是保证。

日志记录非常有用。但是，有些地方记录不安全。具体来说，malloc 在某些地方是不安全的——例如，在信号处理程序、atfork 处理程序、多线程程序中的 fork 和 exec 之间等。请参阅async-signal-safety 和其他手册页。

【参考方案3】：

通常 libc/platforms 调用由操作系统抽象层抽象。可以使用所有者变量和 pthread_mutex_timedlock 跟踪互斥锁死锁。每当线程锁定时，它应该使用自己的 tid(gettid() 更新变量，并且还可以有另一个变量用于 pthread id 存储)。因此，当其他线程阻塞并在 pthread_mutex_timedlock 上超时时，它可以打印所有者 tid 和 pthread_id 的值。这样您就可以轻松找到所有者线程。请在下面找到代码sn-p，注意所有的错误情况都没有处理

pid_t ownerTid;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

class TimedMutex 
    public:
        TimedMutex()
        
           struct timespec abs_time;

           while(1)
           
               clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &abs_time);
               abs_time.tv_sec += 10;
               if(pthread_mutex_timedlock(&mutex,&abs_time) == ETIMEDOUT)
               
                   log("Lock held by thread=%d for more than 10 secs",ownerTid);
                   continue;
               
               ownerTid = gettid();
           
        

        ~TimedMutex()
        

             pthread_mutex_unlock(&mutex);  
        
;

还有其他方法可以找出死锁，也许这个链接可能对http://yusufonlinux.blogspot.in/2010/11/debugging-core-using-gdb.html有帮助。

【参考方案4】：

请阅读下面的链接，这有一个寻找锁所有者的通用解决方案。即使锁定在库中并且您没有源代码，它也可以工作。

https://en.wikibooks.org/wiki/Linux_Applications_Debugging_Techniques/Deadlocks

【讨论】：

这是的答案。不知道为什么它不是票数最高的。