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使用 Process Explorer 和 Windbg 排查软件线程堵塞问题

news 来源：原创 2024/5/10 23:24:29

1、问题说明

2、线程堵塞的可能原因分析

3、使用Windbg和Process Explorer确定线程中发生了死循环

4、根据Windbg中显示的函数调用堆栈去查看源码，找到问题

4.1、在Windbg定位发生死循环的函数的方法

4.2、在Windbg中查看变量的值去辅助分析

4.3、是循环计数值没有累加导致的

5、可以从动态调试的Windbg中导出dump文件

6、最后

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1、问题说明

某天，客户在使用我们软件的过程中遇到了问题，在其Windows10系统中运行我们的客户端软件，加入了一个会议，一直在开会，没有做其他的操作，中间某个时间点用鼠标去点击软件窗口时发现点击没反应，好像是软件UI界面卡死了！但会议窗口中还能看到正在动的远端视频，能听到远端的声音，应该是UI线程卡死了，其他线程还在正常运行。这个问题比较严重，无法操作软件界面了，如果领导那边出现这样的问题，就比较麻烦了。于是联系到我们，希望我们尽快协调研发人员排查定位一下。

我们研发这边接到任务后，和客户取得了联系，通过远程软件远程连到他的电脑上。我们初步怀疑是软件的UI界面所在的主线程卡死或堵塞了，于是将SPY++、Process Explorer和Windbg等工具拷贝到客户的电脑上准备详细分析一下。

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2、线程堵塞的可能原因分析

软件为了并发处理事务一般都使用了多线程，如果代码处理不当，可能就会出现线程堵塞或卡死问题。一般是个别线程的堵塞，其他线程还是正常执行的，发生堵塞的线程中处理的业务出现异常。

对于客户端软件，一旦有线程发生异常，我们可以通过软件界面的异常表现感知到，然后通过日志去大概地确定发生异常的业务线程。在本例中，UI界面不能操作了，判断应该是UI界面所在的主线程堵塞了。会议中音视频的解码播放是在底层模块的其他线程中进行的，这些线程是正常运行的，所以还能看到视频画面、听到会议中的声音。

导致线程发生堵塞或卡死的原因主要有两种：

1）死锁：软件中多线程发生了死锁，某个线程需要获取某个锁，但因为死锁导致该锁一直没释放，导致线程一直卡在WaitForSingleObject等等待函数接口上没返回，所以线程卡住了；
2）死循环：当前线程中某个函数中发生了死循环，接口调用一直没返回，导致线程卡住了。如果是死循环，还会导致一个现象，死循环会占用大量的CPU时间片，导致程序进程占用较高的CPU，用Process Explorer工具则可以看到某个线程的CPU占用的特别高，这个线程就是发生死循环的线程。

在本案例中，出问题的是UI客户端软件，客户端界面没法操作了，可能是界面所在的UI线程（UI程序的主线程）发生了堵塞，可能是死锁或死循环导致的。UI界面没法操作，还有另外一个原因，可能是窗口被disable了，窗口之前在执行某个操作时被disable了（比如弹出了一个模态框），在执行完操作后出现异常，没有将窗口恢复到enable状态，这个问题场景我们以前在项目中遇到过几次。我们可以用SPY++工具查看一下当前不能操作的窗口属性，如果是当前的窗口被disable导致窗口不能操作的，那么使用SPY++查看的窗口属性中应该能看到 WS_DISABLED 窗口风格，如下所示：

但本例中界面不能操作不是窗口被disable导致的。

对于腾讯会议、企业微信、字节飞书、阿里钉钉等这类Windows桌面客户端软件，UI界面所在的线程称为UI线程，也是软件的主线程。如果UI界面或窗口不能操作了，可能就是UI线程出问题，发生堵塞了。

在Windbg中，被分析的软件有多个线程，线程除了有线程id，还有个线程编号，编号从0开始，UI主线程的编号就是0，Windbg切换线程的命令~ns中的n就是线程编号。

3、使用Windbg和Process Explorer确定线程中发生了死循环

当时软件的UI窗口不能操作了，使用SPY++查看窗口属性，窗口并没有被disable掉，所以基本可以断定，UI界面所在的UI线程发生堵塞了。

那这个线程堵塞是死锁引起的，还是死循环引起的呢？其实要确定这个问题，很简单，当前程序进程还在的，只需要将Windbg附加到问题进程上，切换到0号UI主线程（上面已经讲了，UI程序的UI界面就在UI主线程中），然后查看该线程的函数调用堆栈，如果堆栈中调用了WaitForSingleObject或NtWaitForAlertByThreadId（进入临界区时会调用该函数）等等待函数时，就能确定是线程发生死锁了。

这个地方需要提一下，线程堵塞和程序崩溃是两个完全不同的概念和场景，要注意区分一下：

1）对于堵塞，堵塞只是发生在个别线程中，其他线程还是正常的，程序进程没有退出，进程还在的，此时可以将Windbg附加到进程上调试的。
2）对于程序崩溃，如果没弹出崩溃提示框，程序直接闪退，程序进程就不存在了，就没有机会将Windbg附加到进程上分析了。如果程序没有生成dump文件，只能在下次运行程序时将Windbg附加到进程上动态调试（Windbg和目标程序一起跑），然后去复现崩溃，一旦程序发生崩溃，Windbg就会感知到并中断下来，就可以分析了。此外，如果程序崩溃时弹出了系统报错提示框，只要不将该提示框点掉，则进程还在的，此时还有机会将Windbg附加到进程上进行分析的，我们在项目中遇到过这样的场景。

将Windbg附加到当前出问题的程序进程上，使用~0s命令切换到UI线程中，然后输入kn命令查看UI线程此刻的函数调用堆栈，如下所示：

因为没有加载pdb符号文件，所以堆栈中看不到具体的函数名。于是使用lm命令查看堆栈中dll模块的时间戳，到我们的文件服务器上找到对应时间点的pdb文件（我们已经将各个版本的安装包、二进制文件和pdb文件保存到文件服务器上，维护起来了），然后将pdb文件路径设置到Windbg中，重新执行~0s和kn命令查看UI线程的详细函数调用堆栈信息，如下所示：

加载pdb文件后，调用堆栈中就可以看到具体的函数名了，但没有看到WaitForSingleObject或NtWaitForAlertByThreadId（进入临界区时会调用该函数）等等待函数的调用，所以基本可以断定UI线程的堵塞和死锁没有关系。

基本只有一种可能，UI线程中的某个函数发生死循环了。死循环就是一直在执行代码，会占用大量的CPU时间片，死循环所在的线程会占用较高的CPU比例，直接导致程序进程占用较高的CPU。这个我们可以使用Process Explorer工具核验一下，打开Process Explorer，在进程列表中找到当前出问题的进程，然后双击该进程条目，查看进程的属性，在弹出的属性页面中点击Threads标签页，在该页面中可以查看到当前进程的各个线程信息，包括线程占用的CPU比例以及线程此刻的函数调用堆栈。

Process Explorer查看线程的函数调用堆栈可能不准确，可以使用另一个类似的工具Process Hacker，这个工具看线程的函数调用堆栈比较准确！

查看到如下的线程列表：

果然看到了一个线程占用了20%的CPU，但只能看到线程号，我们如何确定这个线程就是当前出问题的UI主线程呢？

其实很简单，我们可以回到Windbg中，使用~命令打印出当前问题进程的所有线程，如下所示：

我们上面讲了，UI应用程序的UI主线程在Windbg中的线程序号就是0，看着上述线程列表，第一个条目就是0号线程，就是UI主线程，找到其对应的线程id为0x2e20（16进制），转换成10进制数据为：11808，即UI线程的线程id为11808，然后跳回到Process Explorer的线程列表页面，占用CPU高的线程就是UI主线程。所以，可以确定UI线程中有函数发生死循环了。

4、根据Windbg中显示的函数调用堆栈去查看源码，找到问题

确定UI线程发生了死循环，下面只要根据Windbg中显示的UI线程的函数调用堆栈，去查看C++源码去分析为什么出现死循环就可以了。

回到Windbg中，使用~0s命令切换到UI线程中，然后输入kn命令查看UI线程的函数调用堆栈，如下所示：

之前已经设置pdb到windbg中了，所以堆栈中显示了详细的函数名和代码行号，看到最后调用的一个函数是xxxlib!LoginManager::OnSrvAddrsChangedNtf。

4.1、在Windbg定位发生死循环的函数的方法

这个地方说几个关于使用Windbg排查死循环的技巧。

我们当前的问题相对较简单，没用到此处提的方法。大家后面可能会用到，所以在此说明一下。

如果当前要确定当前线程是否发生死循环，可以尝试多次输入g命令，让程序继续跑，然后再break中断下来，如果每次堆栈都是一样的话，可能发生死循环了。但这个需要我们根据调用堆栈辨别一下，不是堆栈一样就一定是死循环，比如我们的某个业务线程就在循环执行业务，每次查看的堆栈肯定是一样的，这不是程序中发生了死循环。业务线程中虽然是个循环，但中间会人为sleep一下，不让线程跑满。

此外，我们在Windbg中可以使用bp命令设置断点，比如可以在函数调用堆栈中的多个函数中设置断点，然后输入g命令让程序继续跑，看都命中了哪些函数中的断点，这样就能确定死循环发生在哪个函数中了。

Windbg中支持设置断点，相关的命令如下：

1）bp：添加断点；

2）bc：清除断点；

3）bl：列出断点；

4）ba：设置数据断点。

这几个命令的详细说明及使用方法，可以查看Windbg帮助文档，文档中有相关的示例可以参考。

4.2、在Windbg中查看变量的值去辅助分析

以前我们多次讲过，可以尝试在Windbg中查看函数中局部变量或者函数所在类的成员变量的值，某些变量的值可能是分析问题的关键线索。在Windbg中查看变量的值有几个场景，此处说明一下：

1）当前用Windbg分析的是小dump文件（程序中安装的异常捕获模块捕获到的，文件比较小，可能就几MB大小），dump文件中只保存了少部分变量的值，能不能看到自己想看的变量的值，要看运气的。
2）当前用Windbg分析的是全dump文件（从Windows任务管理器中导出的或者从正在动态调试的Windbg中使用.dump命令导出的），全dump保存了所有内存信息，其大小接近当前进程占用的用户态虚拟内存的大小，可以看到所有变量的值。

如果要查看程序中全局变量的值，可以使用x命令去搜索，前提是要有pdb符号文件，因为pdb文件中有变量的符号信息。

当前函数调用堆栈显示的最后一个函数是LoginManager::OnSrvAddrsChangedNtf，代码如下：

估计是函数中的for循环发生了死循环，for循环的条件中访问了TServerAddrs_Api结构体变量的dwCount成员的值，是不是这个dwCount值有问题？是一个异常大的值，导致循环一直跳不出来？于是想查看该指针变量的值，于是点击函数调用堆栈前面的序号：

将所在函数的栈展开：

只能看到函数所在类对象指针this值，但我们想看TServerAddrs_Api* ptServerAddrs指针变量展开的结构体对象中的值。并没有显示，但该结构体指针对象的值就是wParam值，wParam值是能看到的，所以我们是有办法看到TServerAddrs_Api* ptServerAddrs指针变量展开的结构体对象中的值的。

我们把wParam局部变量中的值0x336200a0当成指针变量TServerAddrs_Api* ptServerAddrs的值去解析，需要使用Windbg的一个较复杂的命令，但我们并没有记这个命令，该怎么办呢？我们点击this指针的超链接：