艾伟:.Net 下跟踪线程挂起和程序死循环

简介: .Net 下调试跟踪线程挂起和程序死循环  作者:Eaglet     .Net 下的程序调试相对C/C++要简单很多,少了那些令人头疼的指针越界的问题。不过当你的程序遇到如下问题时,依然非常棘手:     1. 进程异常终止。

.Net 下调试跟踪线程挂起和程序死循环

  作者:Eaglet

     .Net 下的程序调试相对C/C++要简单很多,少了那些令人头疼的指针越界的问题。不过当你的程序遇到如下问题时,依然非常棘手:

     1. 进程异常终止。解决方案见 .Net 下未捕获异常的处理

     2. 内存泄漏或者内存申请后程序始终没有释放。解决方案见 用 .NET Memory Profiler 跟踪.net 应用内存使用情况--基本应用篇 。如果通过自己编写的程序监控,我将在以后的文章中阐述。

     3. 线程因未知原因挂起,比如死锁。

     4. 程序死循环。

     本文将阐述如果编写程序对后两者故障实时跟踪并报告。

  •      首先我们需要一个单独的监控线程来监控需要监控的线程

     我做了一个监控类 ThreadMonitor,在开始监控之前,我们将监控线程的优先级设置为最高。

         public  ThreadMonitor()
        
{
            _MonitorThread 
= new Thread(new ThreadStart(MonitorTask));
            _MonitorThread.Priority 
= ThreadPriority.Highest;
            _MonitorThread.IsBackground 
= true;

        }
  •      接下来我们为这个线程提供几个公共方法

Start  方法让调用者启动监控

Register 方法用于将需要监控的线程注册到监控列表中

Heartbeat 方法后面说明

         /**/ /// 
        
/// Start monitor
        
/// 

         public   void  Start()
        
{
            _MonitorThread.Start();
        }



        
/**/ /// 
        
/// Monitor register
        
/// 
        
/// Monitor parameter

         public   void  Register(MonitorParameter monitorPara)
        
{
            Debug.Assert(monitorPara 
!= null);
            Debug.Assert(monitorPara.Thread 
!= null);

            
if (GetTCB(monitorPara.Thread) != null)
            
{
                
throw new System.ArgumentException("Register repeatedly!");
            }


            
lock (_RegisterLock)
            
{
                _TCBTable.Add(monitorPara.Thread.ManagedThreadId, 
new TCB(monitorPara));
            }

        }


        
public   void  Heartbeat(Thread t)
        
{
            TCB tcb 
= GetTCB(t);
            
if (tcb == null)
            
{
                
throw new System.ArgumentException("This thread was not registered!");
            }


            tcb.LastHeartbeat 
= DateTime.Now;
            tcb.HitTimes 
= 0;
            tcb.Status 
&= ~ThreadStatus.Hang;
        }

 

下面让我来说说如何监控某个线程挂起。

监控线程提供了一个心跳调用 Heartbeat ,被监控的线程必须设置一个定时器定时向监控线程发送心跳,如果监控线程在一定时间内无法收到这个心跳消息,则认为被监控线程非正常挂起了。这个时间又MonitorParameter参数的HangTimeout指定。

光监控到线程挂起还不够,我们必须要报告线程当前挂起的位置才有实际意义。那么如何获得线程当前的调用位置呢?.Net framework 为我们提供了获取线程当前堆栈调用回溯的方法。见下面代码

 

         private   string  GetThreadStackTrace(Thread t)
        
{
            
bool needFileInfo = NeedFileInfo;

            t.Suspend();
            StackTrace stack 
= new StackTrace(t, needFileInfo);
            t.Resume();

            
return stack.ToString();
        }

 

这里需要说明的是StackTrace(t, needFileInfo) 必须在线程t Suspend后 才能调用,否则会发生异常。但Thread.Suspend 调用是比较危险的,因为调用者无法知道线程t挂起前的运行状况,可能线程t目前正在等待某个资源,这时强制挂起,非常容易造成程序死锁。不过值得庆幸的是StackTrace(t, needFileInfo)的调用不会和其他线程尤其是调用线程产生资源冲突,但我们必须在这一句执行结束后迅速调用 t.Resume 结束线程t的挂起状态。

谈完了对线程非正常挂起的监控,再谈谈对程序死循环的监控。

在决定采用我现在的这个方案之前,我曾经想通过 GetThreadTimes 这个API 函数得到被监控线程的实际CPU运行时间,通过这个时间来计算其CPU占有率,但很遗憾,我的尝试失败了。通过非当前线程下调用 GetThreadTimes 无法得到对应线程的CPU时间。(好像非托管线程可以,但.Net的托管线程我试了,确实不行,但原因我还没弄明白)另外GetThreadTimes 统计不够准确 见 对老赵写的简单性能计数器的修改续- 关于 GetThreadTimes

所以没有办法,我采用了一个不是很理想的方案

定时统计当前进程的TotalProcessorTime 来计算当前线程的CPU占有率,如果这个CPU占有率在一段时间内大于 100 / (CPU 数)* 90% ,则认为当前进程出现了死循环。这个测试时间由  MonitorParameter参数的DeadCycleTimeout 属性指定。

这就出现了一个问题,我们只知道程序死循环了,但不知道具体是那个线程死循环,那么如何找到真正死循环的线程呢?

我采用的方法是每秒钟检测一次线程当前状态,如果当前状态为运行状态则表示命中一次,在确认出现死循环后我们在来检查在一个检查周期内的命中次数,如果这个命中次数足够高,则认为是该线程死循环了。不过这样还是有问题,主线程在等待windows 消息时 或者控制台程序线程在等待控制台输入时,该线程的状态居然始终是 Runing ,其实是阻塞了,但我没有找到一个很好的方法来得到线程当前处于阻塞状态。怎么办?我想了个笨办法,就是在上面两个条件都符合的情况下再看看在此期间有没有心跳,如果没有心跳,说明死循环了。但如果有心跳也不一定就没有死循环,遇到这种情况,就将可疑的都全部报告了,靠人来判断吧。

我写了一个示例代码,代码中有一个Winform 主线程 和 一个计数器线程,计数器线程每秒记一次数,并更新界面。监控线程检查到非正常挂起或者死循环,将在当前目录下写一个Report.log 输出监控报告。

点击Hang后主线程休眠20秒,计数器线程由于要更新界面,也同样会被挂起。

监控线程检查到两个线程挂起后报告如下:

2:38:40 PM
ThreadMonitorEvent
Thread Name:Main thread
Thread Status:Hang
Thread Stack:   at System.Threading.Thread.SleepInternal(Int32 millisecondsTimeout)
   at System.Threading.Thread.Sleep(Int32 millisecondsTimeout)
   at DotNetDebug.Form1.buttonHang_Click(Object sender, EventArgs e)
   at System.Windows.Forms.Control.OnClick(EventArgs e)
   at System.Windows.Forms.Button.OnClick(EventArgs e)
   at System.Windows.Forms.Button.OnMouseUp(MouseEventArgs mevent)
   at System.Windows.Forms.Control.WmMouseUp(Message& m, MouseButtons button, Int32 clicks)
   at System.Windows.Forms.Control.WndProc(Message& m)
   at System.Windows.Forms.ButtonBase.WndProc(Message& m)
   at System.Windows.Forms.Button.WndProc(Message& m)
   at System.Windows.Forms.Control.ControlNativeWindow.OnMessage(Message& m)
   at System.Windows.Forms.Control.ControlNativeWindow.WndProc(Message& m)
   at System.Windows.Forms.NativeWindow.DebuggableCallback(IntPtr hWnd, Int32 msg, IntPtr wparam, IntPtr lparam)
   at System.Windows.Forms.UnsafeNativeMethods.DispatchMessageW(MSG& msg)
   at System.Windows.Forms.Application.ComponentManager.System.Windows.Forms.UnsafeNativeMethods.IMsoComponentManager.FPushMessageLoop(Int32 dwComponentID, Int32 reason, Int32 pvLoopData)
   at System.Windows.Forms.Application.ThreadContext.RunMessageLoopInner(Int32 reason, ApplicationContext context)
   at System.Windows.Forms.Application.ThreadContext.RunMessageLoop(Int32 reason, ApplicationContext context)
   at System.Windows.Forms.Application.Run(Form mainForm)
   at DotNetDebug.Program.Main()
   at System.AppDomain._nExecuteAssembly(Assembly assembly, String[] args)
   at System.AppDomain.ExecuteAssembly(String assemblyFile, Evidence assemblySecurity, String[] args)
   at Microsoft.VisualStudio.HostingProcess.HostProc.RunUsersAssembly()
   at System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart_Context(Object state)
   at System.Threading.ExecutionContext.Run(ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state)
   at System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart()


2:38:40 PM
ThreadMonitorEvent
Thread Name:Counter thread
Thread Status:Hang
Thread Stack:   at System.Threading.WaitHandle.WaitOneNative(SafeWaitHandle waitHandle, UInt32 millisecondsTimeout, Boolean hasThreadAffinity, Boolean exitContext)
   at System.Threading.WaitHandle.WaitOne(Int64 timeout, Boolean exitContext)
   at System.Threading.WaitHandle.WaitOne(Int32 millisecondsTimeout, Boolean exitContext)
   at System.Windows.Forms.Control.WaitForWaitHandle(WaitHandle waitHandle)
   at System.Windows.Forms.Control.MarshaledInvoke(Control caller, Delegate method, Object[] args, Boolean synchronous)
   at System.Windows.Forms.Control.Invoke(Delegate method, Object[] args)
   at System.Windows.Forms.Control.Invoke(Delegate method)
   at DotNetDebug.Form1.Counter()
   at System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart_Context(Object state)
   at System.Threading.ExecutionContext.Run(ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state)
   at System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart()

点击DeadCycle 按钮后,让计数器线程死循环,但主线程不死循环。

监控线程检查到计数器线程死循环后报告如下:

 

2:37:51 PM
ThreadMonitorEvent
Thread Name:Counter thread
Thread Status:Hang
Thread Stack:   at DotNetDebug.Form1.DoDeadCycle()
   at DotNetDebug.Form1.Counter()
   at System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart_Context(Object state)
   at System.Threading.ExecutionContext.Run(ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state)
   at System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart()


2:37:52 PM
ThreadMonitorEvent
Thread Name:Counter thread
Thread Status:Hang, DeadCycle
Thread Stack:   at DotNetDebug.Form1.DoDeadCycle()
   at DotNetDebug.Form1.Counter()
   at System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart_Context(Object state)
   at System.Threading.ExecutionContext.Run(ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state)
   at System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart()

 

下面是示例代码在

以下是测试代码。完整源码的下载位置:  完整源码  

 

using  System;
using  System.Collections.Generic;
using  System.ComponentModel;
using  System.Data;
using  System.Drawing;
using  System.Text;
using  System.Windows.Forms;
using  System.Threading;
using  Sys.Diagnostics;

namespace  DotNetDebug
{
    
public partial class Form1 : Form
    
{
        Thread _CounterThread;
        ThreadMonitor _ThreadMonitor 
= new ThreadMonitor();
        
bool _DeadCycle = false;

        
delegate void CounterDelegate();

        
private void DoDeadCycle()
        
{
            
while (_DeadCycle)
            
{
            }

        }


        
private void Counter()
        
{
            
int count = 0;
            
while (true)
            
{
                DoDeadCycle();
                labelCounter.Invoke(
new CounterDelegate(delegate() { labelCounter.Text = (count++).ToString(); }));
                _ThreadMonitor.Heartbeat(Thread.CurrentThread);

                Thread.Sleep(
1000);
            }

        }


        
public Form1()
        
{
            InitializeComponent();
        }


        
void OnThreadMonitorEvent(object sender, ThreadMonitor.ThreadMonitorEvent args)
        
{
            StringBuilder sb 
= new StringBuilder();

            sb.AppendLine(DateTime.Now.ToLongTimeString());
            sb.AppendLine(
"ThreadMonitorEvent");
            sb.AppendLine(
"Thread Name:" + args.Name);
            sb.AppendLine(
"Thread Status:" + args.Status.ToString());
            sb.AppendLine(
"Thread Stack:" + args.StackTrace);

            
using (System.IO.FileStream fs =
                
new System.IO.FileStream("report.log", System.IO.FileMode.Append, 
                System.IO.FileAccess.Write))
            
{
                
using (System.IO.StreamWriter sw = new System.IO.StreamWriter(fs))
                
{
                    sw.WriteLine(sb.ToString());
                }

            }

        }



        
private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
        
{
            _ThreadMonitor.ThradMonitorEventHandler 
+=
                
new EventHandler<ThreadMonitor.ThreadMonitorEvent>(OnThreadMonitorEvent);

            _CounterThread 
= new Thread(new ThreadStart(Counter));
            _CounterThread.IsBackground 
= true;


            _ThreadMonitor.Register(
new ThreadMonitor.MonitorParameter(
                Thread.CurrentThread, 
"Main thread"100005000,
                ThreadMonitor.MonitorFlag.MonitorHang 
|
                ThreadMonitor.MonitorFlag.MonitorDeadCycle));

            _ThreadMonitor.Register(
new ThreadMonitor.MonitorParameter(
                _CounterThread, 
"Counter thread",
                ThreadMonitor.MonitorFlag.MonitorHang 
|
                ThreadMonitor.MonitorFlag.MonitorDeadCycle));

            _CounterThread.Start();

            timerHeartbeat.Interval 
= 1000;
            timerHeartbeat.Enabled 
= true;

            _ThreadMonitor.Start();
        }


        
private void timerHeartBeat_Tick(object sender, EventArgs e)
        
{
            _ThreadMonitor.Heartbeat(Thread.CurrentThread);
        }


        
private void ButtonDeadCycle_Click(object sender, EventArgs e)
        
{
            _DeadCycle 
= true;
        }


        
private void buttonHang_Click(object sender, EventArgs e)
        
{
            Thread.Sleep(
20000);
        }

    }

}

 

 

 

 

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