GDB 调试 .NET 程序实录

注：本文重要信息使用 *** 屏蔽关键字。

最近国庆前，项目碰到一个很麻烦的问题，这个问题让我们加班到凌晨三点。

大概背景：

客户给了一些 C语言 写的 SDK 库，这些库打包成 .so 文件，然后我们使用 C# 调用这些库，其中有一个函数是回调函数，参数是结构体，结构体的成员是函数，将 C# 的函数赋值给委托，然后存储到这个委托中。

C# 调用 C 语言的函数，然后 C 语言执行到一些步骤后， C 语言函数调用 C# 的函数。这个在 ARM64 的机器下，是正常的，例如树莓派，华为的鲲鹏服务器等。由于突然改成使用 X64 的机器部署项目，没有测试就直接打包了(Docker)。

没有测试的原因有两个：

一是，众所周知 .NET Core 是跨平台的，既然在 ARM64 下已经测试过，那么应该没问题；

二是，项目是华为 edge IoT 项目，必须走华为云注册边缘设备，然后通过云服务下发应用(Docker)到机器才能成功运行(有许多系统自动创建的环境变量和设备连接华为 IoT 的凭证)。在机器上直接启动，是无法正常完成整个流程的。

三是，事情来得太突然，没有时间测试。

事实上，就是这么幸福，出事的时候就是加班福报~~~

大家记得，要部署上线、演示项目之前，一定要测试，测试再测试。

出现问题

应用在云上下发到设备后，启动一会儿就会挂了，然后修改 Docker 容器的启动脚本，进入容器后，手动执行命令启动程序。

最后发现：

dotnet xxx.dll

...
...
Segmentation fault (core dumped)

出现这个 Segmentation fault (core dumped) 问题可能是指针地址越界、访问不存在的内存、内存受保护等，参考： http://ilinuxkernel.com/?p=1388

https://www.geeksforgeeks.org/core-dump-segmentation-fault-c-cpp/

由于这个问题是内核级别的，所以可以从系统日志中找到详细的日志信息。

查看 内核日志

容器和物理机都可以查看日志，但是容器里面的信息太少，主要从物理机找到信息的日志。

在物理机：

# 内核日志
cat /var/log/kern.log

# 系统日志
cat /var/log/syslog

刚开始时，大佬提示可能是内存已被回收，函数等没有使用静态来避免 gc 回收，可能在 C 回调之前，C# 中的那部分内存就以及回收了。

但是我修改代码，都改成静态，并且打印地址，还禁止 GC 回收，结果还是一样的。

查看引用类型在内存中的地址 ：

        public string getMemory(object o)  
        {
            GCHandle h = GCHandle.Alloc(o, GCHandleType.WeakTrackResurrection);

            IntPtr addr = GCHandle.ToIntPtr(h);

            return "0x" + addr.ToString("X");
        }

禁止 GC 回收：

GC.TryStartNoGCRegion(1);
...
...
GC.EndNoGCRegion();

工具调试

经过提示，知道可以使用 GDB 调试 .so，于是马上 Google 查找资料，经过一段时间后，学会了使用这些工具查询异常堆栈信息。

GDB

GNU Debugger，也称为 gdb，是用于 UNIX系统调试 C 和 C ++ 程序的最流行的调试器。

If a core dump happened, then what statement or expression did the program crash on?

If an error occurs while executing a function, what line of the program contains the call to that function, and what are the parameters?

What are the values of program variables at a particular point during execution of the program?

What is the result of a particular expression in a program?

你可以使用在线的 C/C++ 编译器和 GDB ，在线体验一下：https://www.onlinegdb.com/

回到正题，要在 物理机或者 Docker 里面调试 .NET 的程序，要安装 GDB，其过程如下。

使用 apt install gdb 或者 yum install 就直接可以安装 gdb。

strace

另外 strace 这个工具也是很有用的，能够看到堆栈信息，使用 apt install strace 即可安装上。

binutils

objcopy、strip 这两个工具可以将 .so 库的符号信息整理处理。

objcopy 、strip安装：

apt install binutils

binutils 包含了 objcopy 和 strip。

调试、转储 core 文件

在使用 GDB 调试之前，我们了解一下 core dump 转储文件。

core dump 是包含进程的地址空间（存储）时的过程意外终止的文件。详细了解请点击：https://wiki.archlinux.org/index.php/Core_dump

相当于 .NET Core 的 dotnet-dump 工具生成的 快照文件。

为了生成转储文件，需要操作系统开启功能。

在物理机上执行：

ulimit -c unlimied

在 docker 里面执行：

ulimit -c unlimied

自定义将转储文件存放到目录

echo "/tmp/core-%e-%p-%t" > /proc/sys/kernel/core_pattern

然后进入容器，直接使用 dotnet 命令启动 .NET 程序，等待程序崩溃出现：

dotnet xxx.dll

...
...
Segmentation fault (core dumped)

查看 tmp 目录，发现生成了 corefile-dotnet-{进程id}-{时间} 格式的文件。

使用命令进入 core dump 文件。

gdb -c corefile-dotnet-376-1602236839

执行 bt 命令。

发现有信息，但是可用信息太少了，而且名称都是 ??，这样完全定位不到问题的位置。怎么办？

可以将 .so 文件一起包进来检查。

gdb -c  corefile-dotnet-376-1602236839 /***/lib***.so

也可以使用多个 .so 一起加入

gdb -c  corefile-dotnet-376-1602236839 /***/libAAA.so /***/libBBB.so

strace 的使用

Linux中的 strace 命令可以跟踪系统调用和信号。

如果系统没有这个命令，可以使用 apt install strace 或者 yum install strace 直接安装。

然后使用 strace 命令启动 .NET 程序。

strace dotnet /***/***.dll

启动后就可以看到程序的堆栈信息，还可以看到函数调用时的函数定义。

GDB 调试启动 .NET 程序

执行以下命令即可启动 .NET Core runtime：

gdb dotnet

在 gdb 中 执行 start 启动程序。但是因为仅启动 .NET Core runtime 是没用的，还要启动 .NET 程序。

所以，要启动的 .NET 程序，要将其路径作为参数传递给 dotnet。

start /***/***.dll

终端显示：

(gdb) start /***/***.dll
Function "main" not defined.
Make breakpoint pending on future shared library load? (y or [n]) y
Temporary breakpoint 1 (main) pending.

这样有点麻烦，我们可以在启动时就定义好参数：

gdb --args dotnet /***/***.dll 

另外，run 是立即执行，start 会出现询问信息，还可以进行断点调试。

待程序运行崩溃之后。

然后使用 bt 命令查看异常的堆栈信息。

生成结果如下：

.so 文件剥调试信息

在 linux中， strip 命令具体就是从特定文件中剥掉一些符号信息和调试信息，可以使用以下步骤的命令，将调试信息从 .so 文件中剥出来。

 objcopy --only-keep-debug lib***.so lib***.so.debug

strip lib***.so -o lib***.so.release

objcopy --add-gnu-debuglink=lib***.so.debug lib***.so.release

cp lib***.so.release lib***.so

检查 .so 是否有符号信息

要调试 .NET Core 程序，需要 .pdb 符号文件；要调试 .so 文件，当然也要携带一下符号信息才能调试。

可以通过以下方式判断一个 .so 文件是否能够调试。

gdb xxx.so

如果不能读取到调试信息，则是：

Reading symbols from xxx.so...(no debugging symbols found)...done.

如果能够读取到调试信息，则是：

Reading symbols from xxx.so...done.

同时还可以使用 file xxx.so 命令，

xxx.so: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, BuildID[sha1]=8007fbdc7941545fe4e0c61fa8472df1475887c3c1, stripped

如果最后是 stripped，则说明该文件的符号表信息和调试信息已被去除或不携带，不能使用 gdb 调试。

启动调试，目的是启动 .NET Core runtime 启动 .NET 程序，Linux 和 GDB 是无法直接启动 .NET 程序的。

这时就需要使用到 CLI 命令，使用 dotnet 命令启动一个 .NET 程序。

gdb --args dotnet /***/***.dll

或者

gdb dotnet
...
# 进入GDB 后
set args /***/***.dll

查看调用栈信息

以下两个 gdb 命令都可以查看当前调用堆栈信息，如果程序在调用某个函数时崩溃退出，则执行这些命令，会看到程序终止时的函数调用堆栈。

 bt
 bt  full
 backtrace
 backtrace full

bt 是 backtrace 的缩写，两者完全一致。

查看当前代码运行位置，如果程序已经终止，则输出程序终止前最后执行的函数堆栈。

where

使用 bt 可以看到函数的调用关系，哪个函数调用哪个函数，在哪个函数里面出现了异常。

#0  0x00007fb2cd5f66dc in ?? () from /lib/lib***.so
#1  0x00007fb2ccf29d46 in ***_receiveThread () from /lib/lib***BBB.so.1
#2  0x00007fb456ef1fa3 in start_thread (arg=<optimized out>) at pthread_create.c:486
#3  0x00007fb456afc4cf in clone () at ../sysdeps/unix/sysv/linux/x86_64/clone.S:95

bt full 可以看到更加详细的信息。

[Thread 0x7fb2b53b7700 (LWP 131) exited]

Thread 31 "dotnet" received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
[Switching to Thread 0x7fb2affff700 (LWP 133)]
0x00007fb2cd5f66dc in ?? () from /lib/lib***.so
(gdb) bt full
#0  0x00007fb2cd5f66dc in ?? () from /lib/lib***.so
No symbol table info available.
#1  0x00007fb2ccf29d46 in ***_receiveThread () from /lib/lib***BBB.so.1
No symbol table info available.
#2  0x00007fb456ef1fa3 in start_thread (arg=<optimized out>) at pthread_create.c:486
        ret = <optimized out>
        pd = <optimized out>
        now = <optimized out>
        unwind_buf = {cancel_jmp_buf = {{jmp_buf = {140405433693952, 264024675094789190, 140405521476830, 140405521476831, 140405433693952, 140407320872320, 
                -229860650334651322, -233434198962832314}, mask_was_saved = 0}}, priv = {pad = {0x0, 0x0, 0x0, 0x0}, data = {prev = 0x0, cleanup = 0x0, 
              canceltype = 0}}}
        not_first_call = <optimized out>
#3  0x00007fb456afc4cf in clone () at ../sysdeps/unix/sysv/linux/x86_64/clone.S:95
No locals.

可以看到，实际问题发生在另一个 .so 库上，所以我们还需要对这个 .so 制作调试信息。

lib***BBB.so.1

之前定位到，问题也许跟 in ?? () from /lib/lib***.so 有关，但是这里的信息为 ??，能不能找到更多的信息呢？

我们先删除 /tmp 目录中的文件内容。

然后使用 strace dotnet /xxx/dll 或者 dotnet xxx.dll 重新执行一次，等待 /tmp 目录生成 core dump 转储文件。

发现还是结果还是一样~~~没办法了，算了~

查看所有线程的调用堆栈信息

gdb 的下 thread 命令可以查看所有线程调用堆栈的信息。

 thread apply all bt

这里大家留意一下，pthread ，出现问题终止程序之前，都出现了 pthread 这个关键字。

然后查询了一下资料：https://man7.org/linux/man-pages/man7/pthreads.7.html

查询资料得知，linux 的 pthread 都是 kernel thread(一般情况下)：https://www.zhihu.com/question/35128513

先停一下，我们来猜想一下，会不会是多线程导致的问题？我们把相关的记录拿出来看一下：

#1  0x00007fb2ccf29d46 in MQTTAsync_receiveThread () from /lib/lib***BBB.so.1
#2  0x00007fb456ef1fa3 in start_thread (arg=<optimized out>) at pthread_create.c:486

Thread 1 (Thread 0x7fa6a0228740 (LWP 991)):
#0  futex_wait_cancelable (private=0, expected=0, futex_word=0x171dae0) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/futex-internal.h:88
#1  __pthread_cond_wait_common (abstime=0x0, mutex=0x171da90, cond=0x171dab8) at pthread_cond_wait.c:502
#2  __pthread_cond_wait (cond=0x171dab8, mutex=0x171da90) at pthread_cond_wait.c:655
#3  0x00007fa69fa619d5 in CorUnix::CPalSynchronizationManager::ThreadNativeWait(CorUnix::_ThreadNativeWaitData*, unsigned int, CorUnix::ThreadWakeupReason*, unsigned int*) () from /usr/share/dotnet/shared/Microsoft.NETCore.App/3.1.1/libcoreclr.so
#4  0x00007fa69fa615e4 in CorUnix::CPalSynchronizationManager::BlockThread(CorUnix::CPalThread*, unsigned int, bool, bool, CorUnix::ThreadWakeupReason*, unsigned int*) () from /usr/share/dotnet/shared/Microsoft.NETCore.App/3.1.1/libcoreclr.so
#5  0x00007fa69fa65bff in CorUnix::InternalWaitForMultipleObjectsEx(CorUnix::CPalThread*, unsigned int, void* const*, int, unsigned int, int, int) ()

会不会是由于 CoreCLR 和 .so 库相关的 pthread 导致的？不过我不是 C 语言的专家，对 Linux 的 C 不了解，这时候需要大量恶补知识才行。

大胆猜一下，会不会是类似 https://stackoverflow.com/questions/19711861/segmentation-fault-when-using-threads-c 这样的错误？

还有这样的：https://stackoverflow.com/questions/8018272/pthread-segmentation-fault

会不会跟机器硬件有关？

为啥会这样？

能不能找到更多的信息？

我不熟悉 C 语言呀？怎么办？

解决了问题

难道使用 GDB 操作比较骚，就可以解决问题了？No。

眼看解决问题无果，进群问了 Jexus 的作者-宇内流云大佬，我将详细的报错信息给大佬看了，大佬给建议试试使用 InPtr。

于是我使用不安全代码，将函数参数

ST_MODULE_CBS* module_cbs, ST_DEVICE_CBS* device_cbs

改成

IntPtr module_cbs, IntPtr device_cbs

剩下就是将结构体转为 IntPtr 的问题了，IntPtr 文档亲参考 https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.intptr?view=netcore-3.1

然后使用结构体转换函数：

        private static IntPtr StructToPtr(object obj)
        {
            var ptr = Marshal.AllocHGlobal(Marshal.SizeOf(obj));
            Marshal.StructureToPtr(obj, ptr, false);
            return ptr;
        }

改成不安全代码调用 C 的函数：

            unsafe
            {
                IntPtr a = StructToPtr(cbs);
                IntPtr b = StructToPtr(device_cbs);
                EdgeSDK.edge_set_callbacks(a, b); 
            }

重新放上去测试，终于，正常了！！！

实践证明，要使用 C# 调用 C 语言的代码，或者回调，要多掌握 C# 中的不安全代码和 ref 等写法~~~

事实证明，当出现无法解决的问题时，不如紧紧抱住大佬的大腿比较好~~~

推一波 Jexus：

Jexus 是强劲、坚固、免费、易用的国产 WEB 服务器系统，可替代 Nginx 。Jexus 支持 Arm32/64、X86/X64、MIPS、龙芯等类型的 CPU，是一款Linux平台上的高性能WEB服务器和负载均衡网关服务器，以支持ASP.NET、ASP.NET CORE、PHP为特色，同时具备反向代理、入侵检测等重要功能。

可以这样说，Jexus是.NET、.NET CORE跨平台的最优秀的宿主服务器，如果我们认为它是Linux平台的IIS，这并不为过，因为，Jexus不但非常快，而且拥有IIS和其它Web服务器所不具备的高度的安全性。同时，Jexus Web Server 是完全由中国人自主开发的的国产软件，真正做到了“安全、可靠、可控”， 具备我国党政机关和重要企事业单位信息化建设所需要的关键品质。