c++ - C/C++ 中的高效变量监视

Question

我目前正在编写一个多线程、高效且可扩展的算法。因为我必须猜测代码的参数并且我不确定计算如何在特定数据集上执行，所以我想观察一个变量。该测试仅适用于真实世界的庞大数据集。分析后可以分析收集到的数据。想象一下下面的简单代码示例(实际代码可以包含多个观察点:

// function get's called by loops of multiple threads
void payload(data_t* data, double threshold) {
    double value = calc(data);
    // here I want to watch the value
    if (value < threshold) {
        doSomething(data);
    } else {
        doSomethingElse(data);
    }
}

我想到了以下方法:

1. 使用cout 或其他系统输出
2. 使用二进制输出(文件、网络)
3. 通过gdb/lldb设置断点
4. 通过 gdb/lldb 使用变量监视 + 日志记录

我对结果不满意，因为: 要使用 1. 和 2. 我必须更改代码，但这是一项调试/评估任务。此外 1. 需要锁定和 1.+2.需要 I/O 操作，这会严重降低整个代码的速度，并且几乎不可能使用真实数据进行测试。 3.也太慢了。要使用 4.，我必须知道变量地址，因为它不是全局变量，但因为线程是由动态调度程序创建的，所以这需要为每个线程中断 + 步进。

所以我的结论是，我需要一个分析器/调试器，它可以在机器代码级别工作并转储/记录/观察变量而无需双->字符串转换并且非常高效，或者用其他词来总结:我会喜欢分析我的算法的内部状态，而不会严重减速，也不会进行深度修改。有人知道能够做到这一点的工具吗？

Answer 1

好的，这花了一些时间，但现在我可以为我的问题提出解决方案。它称为跟踪点。它不是每次都破坏程序，而是更轻量级并且(理想情况下)不会过多地改变性能/时间。它不需要更改代码。以下是如何使用 gdb 使用它们的说明:

确保使用调试符号编译程序(使用 -g 标志)。现在，启动 gdb 服务器并提供网络端口(例如 10000)和程序参数:

gdbserver :10000 ./program --parameters you --want --to use

现在，切换到第二个控制台并启动 gdb(此处不需要程序参数):

gdb ./program

以下所有命令均在 gdb 命令行界面中输入。因此，让我们连接到服务器:

target remote :10000

获得连接确认后，使用 trace 或 ftrace 将跟踪点设置到特定源位置(首先尝试 ftrace，它应该更快但并不适用于所有平台):

trace source.c:127

这应该创建跟踪点#1。现在您可以为此跟踪点设置一个操作。这里我想从myVariable

收集数据

action 1
collect myVariable
end

如果需要大量数据或想稍后(重启后)使用数据，您可以设置一个二进制跟踪文件:

tsave trace.bin

现在，开始跟踪并运行程序:

tstart
continue

您可以等待程序退出或使用 CTRL-C 中断您的程序(仍在 gdb 控制台上，而不是在服务器端)。继续告诉 gdb 你想停止跟踪:

tstop

现在我们到了棘手的部分，我对下面的代码不是很满意，因为它真的很慢:

set pagination off
set logging file trace.txt
tfind start
while ($trace_frame != -1)
set logging on
printf "%f\n", myVariable
set logging off
tfind
end

这会将所有变量数据转储到文本文件中。您可以在此处添加一些过滤器或准备工作。现在你已经完成了，你可以退出 gdb。这也将关闭服务器:

quit

有关详细文档，尤其是有关过滤和更高级跟踪点位置的说明，您可以访问以下文档:http://sourceware.org/gdb/onlinedocs/gdb/Tracepoints.html

要将跟踪文件写入与程序执行隔离开来，您可以使用 cgroups 或其他网络连接的计算机。使用另一台计算机时，您必须将主机添加到端口信息中(例如 192.168.1.37:10000)。要稍后加载二进制跟踪文件，只需如上所示启动 gdb(忘记服务器)并更改目标:

gdb ./program
target tfile trace.bin