（Windbg调试四）C++死锁问题定位与分析

女爷i 2022-03-20 05:35 371阅读 0赞

### C++死锁问题定位与分析 ###

*  一，测试代码
 *  二，等待链
 *  三，死锁的定位和分析

C++程序异常一般有两种表现形式：程序崩溃和程序无响应。程序崩溃主要是由指针，数组越界等原因引起，这种情况可以直接通过在程序中加入Dump捕捉逻辑，分析dump文件，定位出崩溃的代码。程序无响应主要是由死循环和死锁两个原因造成的，死循环我们可以通过查看CPU使用情况来初步判断，然后转存为Dump进行分析；死锁问题是C++中最难定位和分析的一种程序异常问题，下面我们主要介绍下死锁问题的一般定位和分析方法。

# 一，测试代码 #

在介绍死锁分析方法之前，先看一下本文中我们使用的测试代码：

CRITICAL_SECTION cs1;
    CRITICAL_SECTION cs2;
    
    DWORD WINAPI Thread1(LPVOID lpParameter);
    DWORD WINAPI Thread2(LPVOID lpParameter);
    
    int _tmain(int argc, TCHAR* argv[], TCHAR* envp[])
    {
    	//初始化关键代码段
    	InitializeCriticalSection(&cs1);
    	InitializeCriticalSection(&cs2);
    
    	//创建线程
    	HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL, 0, Thread1, NULL, 0, NULL);
    	HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL, 0, Thread2, NULL, 0, NULL);
    
    	//等待线程结束
    	WaitForSingleObject(hThread1, INFINITE);
    	WaitForSingleObject(hThread2, INFINITE);
    	Sleep(2000);
    
    	//关闭线程句柄
    	CloseHandle(hThread1);
    	CloseHandle(hThread2);
    
    	//释放关键代码段
    	DeleteCriticalSection(&cs1);
    	DeleteCriticalSection(&cs2);
    
    	return 0;
    }
    
    DWORD WINAPI Thread1(LPVOID lpParameter)
    {
    	for (int i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		EnterCriticalSection(&cs1);
    		Sleep(500);
    		EnterCriticalSection(&cs2);
    
    		std::cout << "Thread1" << std::endl;
    
    		LeaveCriticalSection(&cs2);
    		LeaveCriticalSection(&cs1);
    	}
    	return 1;
    }
    
    DWORD WINAPI Thread2(LPVOID lpParameter)
    {
    	for (int i = 0; i < 10; i++)
    	{
    		EnterCriticalSection(&cs2);
    		Sleep(500);
    		EnterCriticalSection(&cs1);
    
    		std::cout << "Thread2" << std::endl;
    
    		LeaveCriticalSection(&cs1);
    		LeaveCriticalSection(&cs2);
    	}
    	return 1;
    }

在这个例子中，Thread1等待Thread2，Thread2等待Thread1，同时主线程等待着Thread1和Thread2，三个线程陷入死锁状态。

# 二，等待链 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
     等待链是线程和同步对象的交替序列;每个线程都在等待它后面的对象，该对象由链中的后续线程拥有。通过分析等待链，我们可以清晰地看到各个子线程/子进程挂起所在等待的下一个线程/进程。（等待链更多知识请转至[Wait Chain Traversal][]）  
     在《Windows核心编程》一书附带的源码09-LockCop中，详细介绍了WCT的编码实现，感兴趣的可以去阅读一下源码，附上下载链接（[Windows核心编程(第5版中文版) 源码][Windows_5_]）。编译09-LockCop，我们可以得到09-LockCop.exe应用程序，打开改程序，选择我们的进程DeadLockTest.exe，分析如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
     线程8248等待线程9524，9524在等待6432，而6432又在等待9524，陷入了互相等待的处境中，导致死锁。因此可以确认DeadLockTest.exe的无响应是由死锁造成的。  
     我们也可以直接通过windows的任务管理器来检测一个程序是否陷入死锁，打开任务管理器-性能-资源监视器，选中我们的测试程序，右键菜单“分析等待链”：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
     分析结果如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
     可以看到9524线程与6432线程陷入了互相等待锁资源的处境，程序死锁。

# 三，死锁的定位和分析 #

如果死锁的程序刚好在我们自己的开发机器上，那么使用WinDbg的Attach To A Proccess功能将死锁程序直接附加到WinDbg中进行分析；如果不在我们的机器上，可以通过Windows的资源管理器对进行进行创建转储文件转换为dump（注意32位和64位的区别），再通过WinDbg对dump进行分析。为了方便，我们直接以Attach方式讲解。  
     Attach程序后，输入!locks命令查看锁的状态：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
     总共有两个锁cs1（012e4394）和cs2（012e437c），这两个锁的LockCount（表示还有多少个线程在等待这个临界区）都为1，说明这两个锁都处于等待状态。  
     再输入~\*kb查看一下当前各个线程的堆栈：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
     线程2534和线程1920都处于等待状态，线程2534等待锁012e437c，线程1920等待锁012e4394。再结合上面的锁信息可以知道，锁012e4394被线程2534拥有，锁012e437c被线程1920拥有，所以这两个线程陷入了互相等待的死锁中。等待锁的源码也直接定位到了，问题解决。

本文举例比较简单，主要是介绍死锁问题的定位以及分析的一般方法，具体问题还要视情况具体分析。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220320/c3f3f4b24ac1429ba6c7e9030ada0f8d.png
[Wait Chain Traversal]: https://docs.microsoft.com/zh-cn/windows/desktop/Debug/wait-chain-traversal
[Windows_5_]: https://download.csdn.net/download/bajianxiaofendui/10952652
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220320/b9f4413b62a74d01be953a29604f3423.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220320/2eaa469ba4c14c7c999dc3d38e799617.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220320/eff21c9c6aa9403b858f3bd0f4009715.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220320/21c0e10a37ee4c618a71c4792b3f89a3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhamlhbnhpYW9mZW5kdWk_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220320/ba93d4aae6af4027aaadd146768aea13.png