面试题：C++多线程环境下共享资源访问引发崩溃的排查思路

Question

在一个C++多线程程序中，已知某个线程崩溃导致了进程终止，且怀疑是由于共享资源访问冲突引起的。请阐述你会采取哪些步骤和方法来排查问题，包括但不限于使用哪些工具，如何分析日志等，假设该程序使用了互斥锁、条件变量等同步机制。

Answer 1

1. 代码审查：
   • 仔细检查涉及共享资源访问的代码段，确认互斥锁、条件变量等同步机制的使用是否正确。例如，是否在访问共享资源前正确锁定互斥锁，访问结束后及时解锁。
   • 查看条件变量的等待和唤醒逻辑是否合理，避免虚假唤醒等问题。
2. 日志添加与分析：
   • 在共享资源访问的关键位置添加详细日志，记录线程ID、进入和离开共享资源访问区域的时间、共享资源的状态等信息。
   • 分析日志，查看是否存在同一时间有多个线程访问共享资源的情况，或者线程解锁互斥锁的时机是否异常。
3. 使用调试工具：
   • GDB：
     • 在代码中关键位置设置断点，特别是在互斥锁锁定、解锁以及共享资源访问处。运行程序，当线程崩溃时，GDB会停在崩溃点，可查看当前线程的调用栈，分析崩溃原因。
     • 使用info threads命令查看所有线程的状态，确定崩溃线程的上下文。
   • Valgrind：
     • 使用Valgrind的memcheck工具，它能检测内存错误，包括未初始化内存访问、内存泄漏等，这些问题可能间接导致共享资源访问冲突。
     • helgrind工具专门用于检测多线程程序中的竞争条件，运行程序时它会报告可能存在的共享资源访问冲突。
4. 模拟与重现：
   • 尝试在测试环境中重现问题，通过调整线程数量、执行顺序等参数，看是否能稳定复现崩溃情况。如果能复现，就更容易进行调试和分析。
5. 静态分析工具：
   • 使用诸如Clang - Tidy或PVS - Studio等静态分析工具，它们可以检查代码中潜在的同步问题，如未使用的互斥锁、条件变量使用不当等。