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。

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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。

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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：

$ ulimit -n

设置用户级文件描述符数：

$ 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：

* 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：

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：

fs.file-max=1000000

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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：

sysctl -a

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/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。
  

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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

gdb test

对于C++程序，要在编译前加上-g选项

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
  

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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；

$ 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：

(gdb) set follow-fork-mode mode

其中，mode的可选值是parent和child。

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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。
  

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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