服务器开发调制、调试和测试的一些方法

对于服务器程序来讲,除了在编程上要尽可能提高服务器程序的性能,也要掌握一些服务器调制、调试和测试的手段,这篇文章主要总结常用的一些服务器程序调制、调试和测试的常用方法和工具。主要包括:

  • 系统调制
  • 调试
  • 压力测试

系统调制

这里讲的调制主要是是Linux系统内核微调,我们可以通过命令或者修改文件的方式来微调内核参数,从而发挥服务器的最大性能。


最大文件描述符

在这些参数中最大文件描述符尤为重要,基本上每个服务器程序都要与文件描述符打交道,文件描述符是我们获得系统资源的基本途径。
Linux对应用程序能够打开的文件描述符数量有两个层次的限制:用户级限制和系统级限制。用户级限制是指目标用户运行的所有进程总共能打开的文件描述符;系统级限制是指所有用户总共能打开的文件描述符数。
查看用户级文件描述符数:

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$ ulimit -n

设置用户级文件描述符数:

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$ ulimit -SHn 20000

永久设置用户级文件描述符数,修改/etc/security/limits.conf配置文件,加入如下两项:

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* hard nofile 20000
* soft nofile 10000

第一项是硬限制,第二项是软限制
修改系统级文件描述符数限制:

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sysctl -w fs.file-max=1000000

永修修改系统级文件描述符数,修改/etc/sysctl.conf,加入:

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fs.file-max=1000000


调整内核参数

几乎所有的内核参数,包括内核核心模块和驱动程序,都在/proc/sys文件系统下提供了某些配置文件以供用户调整模块的属性和行为,通常一个配置文件对应一个内核参数,文件名就是内核参数的名字,可以通过以下命令来查看所有的内核参数:

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sysctl -a


/proc/sys/fs目录:

  • /proc/sys/fs/file-max:系统级文件描述符限制
  • /proc/sys/fs/max_user_watches:一个用户能够往epoll内核事件中注册的时间的总量
    /proc/sys/net目录:
  • /proc/sys/net/core/somaxconn:listen监听队列里,能够建立完整连接从而进入ESTABLISHED状态的socket的最大数目
  • /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog:listen监听队列里,能够转移至ESTABLISHED或者SYN_RCVD状态的最大数目
  • /proc/sys/net/ipv4/tcp_wmem:包括3个值,分别指定一个socket的TCP写缓冲区的最小值、默认值和最大值
  • /proc/sys/net/ipv4/tcp_rmem:包括3个值,分别指定一个socket的TCP读缓冲区的最小值、默认值和最大值
  • /pro/sys/net/ipv4/tcp_syncookies:指定是否打开TCP同步标签(syncookie),防止SYN风暴。

调试

Linux服务器程序调试一般使用gdb工具,这部分我们讨论如何使用gdb,以及如何使用gdb调试多进程、多线程程序

gdb使用方法

调试可执行程序

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gdb test

对于C++程序,要在编译前加上-g选项

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g++ -g test.cpp -o test

gdb的基本命令如下:
运行:

  • run(r):简记为 r ,其作用是运行程序,当遇到断点后,程序会在断点处停止运行,等待用户输入下一步的命令;
  • continue(c):继续执行,到下一个断点处(或运行结束);
  • next:(n):单步跟踪程序,当遇到函数调用时,也不进入此函数体;此命令同 step 的主要区别是,step 遇到用户自定义的函数,将步进到函数中去运行,而 next 则直接调用函数,不会进入到函数体内;
  • step (s):单步调试如果有函数调用,则进入函数;与命令n不同,n是不进入调用的函数的;
  • until:当你厌倦了在一个循环体内单步跟踪时,这个命令可以运行程序直到退出循环体;
  • until+行号: 运行至某行,不仅仅用来跳出循环;
  • finish: 运行程序,直到当前函数完成返回,并打印函数返回时的堆栈地址和返回值及参数值等信息;
  • call 函数(参数):调用程序中可见的函数,并传递“参数”,如:call gdb_test(55);
  • quit:简记为 q ,退出gdb;
    设置断点:
  • break n (b n):在第n行处设置断点(可以带上代码路径和代码名称: b OAGUPDATE.cpp:578);
  • b fn1 if a>b:条件断点设置;
  • break func(b):在函数func()的入口处设置断点,如:break cb_button;
  • delete 断点号n:删除第n个断点;
  • disable 断点号n:暂停第n个断点;
  • enable 断点号n:开启第n个断点;
  • clear 行号n:清除第n行的断点;
  • info b (info breakpoints) :显示当前程序的断点设置情况;
  • delete breakpoints:清除所有断点:
    查看源码:
  • list (r):其作用就是列出程序的源代码,默认每次显示10行;
  • list 行号:将显示当前文件以“行号”为中心的前后10行代码,如:list 12;
  • list 函数名:将显示“函数名”所在函数的源代码,如:list main;
  • list :不带参数,将接着上一次 list 命令的,输出下边的内容;
    打印表达式
  • print 表达式(p):其中“表达式”可以是任何当前正在被测试程序的有效表达式,比如当前正在调试C语言的程序,那么“表达式”可以是任何C语言的有效表达式,包括数字,变量甚至是函数调用;
  • print a:将显示整数 a 的值;
  • print ++a:将把 a 中的值加1,并显示出来;
  • print name:将显示字符串 name 的值;
  • print gdb_test(22):将以整数22作为参数调用 gdb_test() 函数;
  • print gdb_test(a):将以变量 a 作为参数调用 gdb_test() 函数;
  • display 表达式:在单步运行时将非常有用,使用display命令设置一个表达式后,它将在每次单步进行指令后,紧接着输出被设置的表达式及值。如: display a;
  • watch 表达式:设置一个监视点,一旦被监视的“表达式”的值改变,gdb将强行终止正在被调试的程序。如: watch a;
  • whatis :查询变量或函数;
  • info function: 查询函数;
  • 扩展info locals: 显示当前堆栈页的所有变量;
    查询运行信息:
  • where/bt :当前运行的堆栈列表;
  • bt backtrace 显示当前调用堆栈
  • up/down 改变堆栈显示的深度
  • set args 参数:指定运行时的参数
  • show args:查看设置好的参数
  • info program: 来查看程序的是否在运行,进程号,被暂停的原因。
    分割窗口:
  • layout:用于分割窗口,可以一边查看代码,一边测试:
  • layout src:显示源代码窗口
  • layout asm:显示反汇编窗口
  • layout regs:显示源代码/反汇编和CPU寄存器窗口
  • layout split:显示源代码和反汇编窗口
  • Ctrl + L:刷新窗口

gdb调试多进程程序

  • 方法一:先运行程序,然后找到其子进程的PID,再附加(attach)到gdb调试器上;

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    $ gdb
    (gdb) attach 4183
  • 方法二:gdb调试选项follow-fork-mode允许我们选择程序在执行fork系统调用后是继续调试父进程还是调试子进程,其用法如下:

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    (gdb) set follow-fork-mode mode

其中,mode的可选值是parent和child。


gdb调试多线程程序

  • info threads:显示当前可调试的所有线程,gdb会为每个线程分配一个ID,我们可以使用这个ID来操作对应的线程,ID前面有”*“号的是当前被调试的线程;
  • thread ID:调试目标ID指定的线程;
  • set scheduler-locking [off|on|step]:调试多线程程序时,默认除了被调试的线程在执行外,其他线程也继续执行,但有的时候我们希望只让被调试的线程运行,可以通过这个命令来实现,off表示不锁定任何线程,即所有的线程都可以继续执行,on表示只有当前被调试的进程会继续执行,step表示在单步执行的时候,只有当前程序会执行。

压力测试

压力测试程序有很多实现方式,比如I/O复用、多线程、多进程并发编程方式,以及这些方式的结合使用,不过,单纯的I/O复用方式的施压程度是最高的,因为线程、进程的调度本身会占用一定的CPU时间的。
压力测试程序代码