マルチスレッドプログラムのデバッグ

よく起こるミス

以下に、マルチスレッドプログラミングでよく起こるミスを示します。

• 呼び出し側のスタックへのポインタを新しいスレッドの引数として渡す。

• 広域メモリー (変更が可能で、かつ共有されている状態) をアクセスするときに同期機構で保護していない。

• 2 つのスレッドが異なる順序で、同じ組の広域リソースへの権利を獲得しようとしてデッドロックが発生する。この場合は、一方のスレッドが最初のリソースを獲得し、もう一方のスレッドが 2 番目のリソースを獲得し、どちらかがリソースを放棄するまで処理が進まなくなります。

• すでに保持しているロックを獲得しようとする (再帰的なデッドロック)。

• 同期機構の安全性に見えない間隙が生じている。これは、同期機構によって保護されているプログラム内で同期機構をいったん解除し、再度獲得してから戻る関数を呼び出していることが原因です。関数の呼び出し側から見ると広域データが保護されているようでも、実際には保護されていません。

• UNIX のシグナルとスレッドを組み合わせて使っている。非同期的なシグナルの処理には sigwait(2) を使用するほうがよいでしょう。

• setjmp(3B) と longjmp(3B) を使用し、相互排他ロックを解放せずにロングジャンプする。

• *_cond_wait(3T) または *_cond_timedwait(3T) の呼び出しから復帰した後、条件の再評価に失敗した。

• デフォルトスレッドを PTHREAD_CREATE_JOINABLE として生成した場合は、その記憶領域を pthread_join(3T) で再利用しなければならないことを忘れている。なお、pthread_exit(3T) は記憶領域を解放しません。

• 入れ子の深い再帰呼び出しを行なったり、大量の自動配列を使用したりする。マルチスレッドプログラムは、シングルスレッドプログラムよりもスタックの大きさの制限が厳しいので問題の原因となります。

• スタックの大きさの指定が適切でないか、デフォルト以外のスタックを使用している。

次の点にも注意してください。マルチスレッドプログラムの動きは、特にバグがある場合には、同じ入力で続けて実行しても再現性がないことがよくあります。これは、スレッドのスケジューリングの順序が定まっていないからです。

一般にマルチスレッドプログラムのバグは、決定的というよりも統計的な発生傾向を示します。このため実行レベルの問題を見つけるには、ブレークポイントによるデバッグよりもトレースの方が有効です。

TNF ユーティリティによる追跡とデバッグ

TNF ユーティリティ (Solaris システムの一部) は、アプリケーションとライブラリからの性能解析情報の収集、追跡、デバッグに使用します。TNF ユーティリティは、カーネルおよび複数のユーザプロセスとスレッドからの追跡情報を集約するので、マルチスレッドコードに特に有用です。

TNF ユーティリティを使用すると、マルチスレッドプログラムの追跡とデバッグが容易になります。

truss(1) の使用

システムコールとシグナルの追跡については、truss(1) を参照してください。

adb(1) の使用

マルチスレッドプログラム内ですべてのスレッドを結合するときは、スレッドと LWP とは同義になります。その場合は、マルチスレッドプログラミングをサポートする以下の adb コマンドを用いて、各スレッドにアクセスできます。

表 7-3 マルチスレッド対応の adb コマンド

pid:A	pid で指定したプロセスに接続する。プロセスと、そのすべての LWP は停止する。
:R	プロセスから切り離す。プロセスと、そのすべての LWP は再開される。
$L	(停止した) プロセス内の有効な LWP を一覧表示する。
n:l	フォーカスを n で指定した LWP に切り替える。
$l	現在のフォーカスの LWP を表示する。
num:i	num で指定したシグナルを無視する。

以下のコマンドは、条件付きブレークポイントを設定するためによく使用されます。

表 7-4 adb ブレークポイントの設定

[label],[count]:b [expression]	expression の評価結果が 0 のときにブレークポイントにヒットする。
foo,ffff:b <g7-0xabcdef	g7 = 0xABCDEF (16 進数値) のときに foo で停止する。

dbx の使用

dbx ユーティリティでは、C++、ANSI C、FORTRAN のソースプログラムをデバッグしたり、実行したりできます。dbx のコマンドは、 デバッガと同じコマンドを受けつけますが、標準端末 (tty) インタフェースを使用する点が異なります。dbx とデバッガのどちらも、現在はマルチスレッドプログラムのデバッグをサポートしています。dbx とデバッガの詳細は、dbx(1) のマニュアルページおよび『Sun WorkShop 入門』 を参照してください。

以下に示す表 7-5 にある dbx のオプションは、すべてマルチスレッドアプリケーションをサポートできます。

表 7-5 dbx のマルチスレッドプログラム用オプション

オプション	意味
cont at line [sig signo id]	line で指定した行から signo で指定したシグナルで実行を再開する。id は実行を再開するスレッドまたは LWP を指定する (デフォルトの値は all)。
lwp	現在の LWP を表示する。指定の LWP (lwpid) に切り替える。
lwps	現在のプロセスの、すべての LWP を一覧表示する。
next ... tid	指定のスレッドをステップ実行する。関数呼び出しをスキップするときは、その関数呼び出しの間だけ、すべての LWP の実行が暗黙のうちに再開される。実行可能でないスレッドをステップ実行できない。
next ... lid	指定の LWP をステップ実行する。その LWP のスレッドが実行可能であることが必要。関数をスキップするとき、すべての LWP の実行が暗黙のうちに再開されることはない。
step... tid	指定のスレッドをステップ実行する。関数呼び出しをスキップするときは、その関数呼び出しの間だけ、すべての LWP の実行が暗黙のうちに再開される。実行可能でないスレッドをステップ実行できない。
step... lid	指定の LWP をステップ実行する。関数をスキップするとき、すべての LWP の実行が暗黙のうちに再開されることはない。
stepi... lid	指定の LWP
stepi... tid	指定のスレッドが実行可能である LWP
thread	現在のスレッドを表示する。指定のスレッド (tid) に切り替える。以下の tid のデフォルト値は現在のスレッド
thread -info [ tid ]	指定のスレッドの全情報を表示する。
thread -locks [ tid ]	指定のスレッドが保持しているロックを一覧表示する。
thread -suspend [ tid ]	指定のスレッドを停止状態にする。
thread -continue [ tid ]	指定のスレッドの停止状態を解除する。
thread -hide [ tid ]	指定のスレッド (または現在のスレッド) を見えなくする。このスレッドは、threads オプションのリストには表示されない。
thread -unhide [ tid ]	指定のスレッド (または現在のスレッド) の隠蔽を解除する。
allthread-unhide	全スレッドの隠蔽を解除する。
threads	全スレッドを一覧表示する。
threads-all	通常は表示されないスレッド (ゾンビ) を表示する。
all|filterthreads-mode	threads オプションのスレッド一覧表示にフィルタをかけるかどうかを指定する。
auto|manualthreads-mode	スレッドリストの自動更新機能を有効にする。
threads-mode	現在のモードをエコーする。以前の任意の書式に続けてスレッドまたは LWP の ID を指定すれば、指定のエンティティのトレースバックを得ることができる。