CN109213576B - 程序死锁检测方法、存储介质、设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及操作系统领域，公开了一种程序死锁检测方法、存储介质、设备及系统，该方法包括S1：在线程的线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数中均加入一hook函数；S2：通过hook函数分别获取线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数所对应的当前线程以及当前线程的线程ID；S3：将获取的线程、线程ID以及获取的线程所拥有的资源存储于全局字段中；S4：根据全局字段中的线程ID，调用系统的等待函数获取全局字段中每个线程所等待的资源；S5：从全局字段中任取两个线程进行死锁判断。本发明能够对程序的死锁进行及时而有效的检测。
Description
技术领域
本发明涉及操作系统领域，具体涉及一种程序死锁检测方法、存储介质、设备及系统。
背景技术
Windows操作系统中运行的应用程序，通常会创建多个线程来分担自身运行时的逻辑运算，从而有效提高应用程序自身的运行效率。但是，在多线程的运算处理环境下，在对某些全局数据进行读写时极易出现线程间冲突的现象，针对线程间冲突的问题，Windows操作系统提供了一系列的线程同步与互斥方法来解决线程间冲突问题，例如，信号事件、临界区、互斥体等方法都可以用来进行线程的同步和互斥，但随着线程同步与互斥方法的使用，随之带来的便是应用程序运行过程中线程的死锁问题，死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中，彼此之间由于资源的竞争或彼此间的通信造成的一种阻塞想象，若无其它外力作用，线程将一直处于等待状态，此时程序便处于死锁状态，这些永远处于互相等待状态的线程称为死锁线程，若无法及时得知程序发生了死锁，从而针对程序的死锁问题进行有效解决，将极大地影响程序的后续运行。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种程序死锁检测方法，能够对程序是否发生死锁进行及时有效的判断，本发明还提供一种程序死锁检测系统，能够对程序的死锁进行有效检测，从而及时而有效的对程序是否发生死锁进行判断。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是，包括：
S1：在线程的线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数中均加入一hook函数；
S2：当线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数或临界区创建函数分别相应地进行线程、信号事件、互斥体或临界区的创建时，通过hook函数分别获取线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数所对应的当前线程以及当前线程的线程ID；
S3：将获取的线程、线程ID以及获取的线程所拥有的资源存储于全局字段中；
S4：根据全局字段中的线程ID，调用系统的等待函数获取全局字段中每个线程所等待的资源；
S5：从全局字段中任取两个线程，若其中第一个线程所等待的资源为第二个线程所拥有的资源，且第二个线程所等待的资源为第一个线程所拥有的资源，则程序发生死锁，若否，则程序未发生死锁。
在上述技术方案的基础上，所述资源包括内存物理地址、磁盘扇区、cpu和操作系统的OS资源。
在上述技术方案的基础上，S2具体为：
当线程句柄创建函数进行线程的创建时，通过hook函数获得创建线程时返回的线程句柄值、句柄创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID；
当信号事件创建函数进行信号事件的创建时，通过hook函数获得信号事件创建时返回的信号事件句柄值、信号事件创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID；
当互斥体创建函数进行互斥体的创建时，通过hook函数获得创建互斥体时返回的互斥体句柄值、互斥体创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID；
当临界区创建函数进行临界区的创建时，通过hook函数获得创建临界区时返回的临界区句柄值、临界区创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID。
在上述技术方案的基础上，
所述hook函数还用于加入等待函数中；
当等待函数运行时，通过hook函数获取线程所等待的资源。
在上述技术方案的基础上，S4中，获取的线程所等待的资源的信息存储于全局字典中。
本发明还提供一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时所述实现程序死锁检测方法。
本发明还提供一种程序死锁检测设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述实现程序死锁检测方法。
本发明还提供一种程序死锁检测系统，包括：
注入模块，其用于向线程的线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数中均注入一hook函数；
获取模块，其用于当线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数或临界区创建函数分别相应地进行线程、信号事件、互斥体或临界区的创建时，通过hook函数分别获取线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数所对应的当前线程以及当前线程的线程ID，所述获取模块还用于获取当前线程所等待的资源；
存储模块，其用于将获取模块获取的线程和线程ID存储于全局字段中，所述存储模块还用于将获取的线程所拥有的资源存储于全局字段中；
判断模块，其用于从全局字段中任取两个线程，若其中第一个线程所等待的资源为第二个线程所拥有的资源，且第二个线程所等待的资源为第一个线程所拥有的资源，则程序发生死锁，若否，则程序未发生死锁。
在上述技术方案的基础上，所述资源包括内存物理地址、磁盘扇区、cpu和操作系统的OS资源。
在上述技术方案的基础上，所述注入模块还用于向系统的等待函数中注入hook函数，当等待函数运行时，通过hook函数获取线程所等待的资源。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数中注入hook函数的方式，通过hook函数分别获取线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数所对应的当前线程以及当前线程的线程ID，从而快速而便捷的获取线程所拥有的资源以及所等待的资源，便于及时的对线程间闭环依赖关系的判断，达到当程序出现死锁时，能够及时得知的目的，便于及时对死锁程序进行处理。
附图说明
图1为本发明实施例中一种程序死锁检测方法的流程图；
图2为本发明实施例中一种程序死锁检测设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种程序死锁检测方法，用于当程序采用线程的同步和互斥机制进行多线程运行时，判断程序是否发生死锁，线程的同步和互斥机制包括信号事件、临界区、互斥体、以及线程句柄，程序运行于Windows操作系统上，且本发明实施例的程序死锁检测方法基于Windows操作系统完成。对于发生死锁的程序，必然存在一个环路等待条件，如线程P1正在等待一个线程P2占用的资源，而线程P2正在等待一个线程P1占用的资源，此种情况下便会出现程序的死锁。
对于信号事件机制，信号事件有两种状态，一种是有信号状态，另一种是无信号状态，线程在等待一个无信号状态的信号事件是会出现阻塞的情况。对于当前的线程，通过调用系统的信号事件创建函数CreateEvent来创建一个信号事件，通过调用等待函数WaitForSingleObject来等待一个信号事件，即可获知当前线程所等待的资源。
对于互斥体机制，互斥体有两种状态，一种是空闲状态，另一种是被占用状态，线程在等待一个空闲状态的互斥体时，该互斥体变成被占用状态，但该线程不会被阻塞，但当一个线程等待一个被占用状态的互斥体时，该线程就会被阻塞。对于当前的线程，通过调用互斥体创建函数来创建一个互斥体，通过系统的调用等待函数WaitForSingleObject来等待一个互斥体，即可获知当前线程所等待的资源。
对于临界区机制，临界区有两种状态，一种是进入状态，另一种是未进入状态，线程在等待一个未进入状态的临界区时，该临界区变成进入状态，但是该线程不会被阻塞，但是线程等待一个进入状态时的临界区时，该线程就会被阻塞。对于当前的线程，通过调用系统的临界区创建函数来创建一个临界区，通过调用等待函数WaitForSingleObject来等待一个临界区，即可获知当前线程所等待的资源。
对于线程句柄机制，通过调用系统的线程句柄创建函数创建一个线程时，会得到一个线程句柄，在创建的线程未退出之前，线程句柄是无信号状态，当创建的线程运行结束后，线程句柄变成有信号状态。
资源包括内存物理地址、磁盘扇区、cpu和操作系统的OS(Operating System，操作系统)资源，即程序在运行的过程中所要运用到的硬件资源和软件资源。
本发明实施例的一种程序死锁检测方法具体包括：
S1：在线程的线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数中均加入一hook函数(钩子函数)，从而使线程句柄创建函数CreateThread变成CreateThreadHook函数，信号事件创建函数CreateEvent变成CreateEventHook函数，互斥体创建函数CreateMutex变成CreateMutexHook函数，临界区创建函数InitializeCriticalSection变成InitializeCriticalSectionHook函数。
S2：当线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数或临界区创建函数分别相应地进行线程、信号事件、互斥体或临界区的创建时，通过hook函数分别获取线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数所对应的当前线程以及当前线程的线程ID。
具体的：
当线程句柄创建函数进行线程的创建时，通过hook函数获得创建线程时返回的线程句柄值、句柄创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID。因线程句柄创建函数CreateThread变成CreateThreadHook函数，因此当程序在调用CreateThread函数时，便会进入到CreateThreadHook函数中，从而通过CreateThreadHook函数获取创建线程时返回的线程句柄值、句柄创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID。
当信号事件创建函数进行信号事件的创建时，通过hook函数获得信号事件创建时返回的信号事件句柄值、信号事件创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID。因信号事件创建函数CreateEvent变成CreateEventHook函数，因此当程序在调用CreateEvent函数时，便会进入到CreateEventHook函数中，从而通过CreateEventHook函数获得信号事件创建时返回的信号事件句柄值、信号事件创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID。
当互斥体创建函数进行互斥体的创建时，通过hook函数获得创建互斥体时返回的互斥体句柄值、互斥体创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID。因互斥体创建函数CreateMutex变成CreateMutexHook函数，因此当程序在调用CreateMutex函数时，便会进入到CreateMutexHook函数中，从而通过CreateMutexHook函数获取创建互斥体时返回的互斥体句柄值、互斥体创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID。
当临界区创建函数进行临界区的创建时，通过hook函数获得创建临界区时返回的临界区句柄值、临界区创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID。因临界区创建函数InitializeCriticalSection变成InitializeCriticalSectionHook函数，因此当程序在调用InitializeCriticalSection函数时，便会进入到InitializeCriticalSectionHook函数中，从而通过InitializeCriticalSectionHook函数获得创建临界区时返回的临界区句柄值、临界区创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID。
S3：将获取的线程、线程ID以及获取的线程所拥有的资源存储于全局字段ResourctDict中，线程所拥有的资源为线程在运行时的当前所占有的资源；
S4：根据全局字段中的线程ID，调用系统的等待函数WaitForSingleObject获取全局字段中每个线程所等待的资源，线程所等待的资源为线程接下来继续运行时所要使用到的资源。具体的：
hook函数还用于加入等待函数WaitForSingleObject中；当等待函数WaitForSingleObject运行时，通过hook函数获取线程所等待的资源。同时，获取的线程所等待的资源的信息存储于全局字典ResourceWaitDict中。
至此，线程所拥有的资源和所等待的资源分别分属于全局字段和全局字典中，分开保存，便于后续的对程序是否发生死锁进行判断。
S5：从全局字段中任取两个线程，若其中第一个线程所等待的资源为第二个线程所拥有的资源，且第二个线程所等待的资源为第一个线程所拥有的资源，则程序发生死锁，有效而及时的对程序死锁现象的出现进行检测，从而便于后续的及时处理，若否，则程序未发生死锁。即任意两个线程中，第一个线程所等待的资源为第二个线程所拥有的资源，且第二个线程所等待的资源为第一个线程所拥有的资源，则程序发生死锁，若任意两线程间不存在此种关系，则程序未发生死锁。
具体举例说明，对于全局字段中的线程A和线程B，线程A等待线程B中创建的信号事件，而线程B又依赖于线程A退出才将信号事件设置为有信号状态，即
ResourceDict[hThreadHandleA]＝A
ResourceDict[hEvent]＝B
并且有
ResourceWaitDict[A]＝hEvent
ResourceWaitDict[B]＝hThreadHandleA
因此可得到线程A所等待的资源的拥有者线程为线程B，线程BA所等待的资源的拥有者线程为线程A，因此便检测到线程间出现闭环的依赖关系，从而程序发生死锁现象。
本发明的一种程序死锁检测方法的原理在于，通过在线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数中注入hook函数的方式，当线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数分别进行线程、信号事件、互斥体和临界区的创建时，通过hook函数分别获取线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数所对应的当前线程以及当前线程的线程ID，从而快速而便捷的获取线程所拥有的资源以及所等待的资源，便于及时的对线程间闭环依赖关系的判断，从而及时得知程序是否出现死锁现象，及时判断，及时处理，有效保证程序的有序运行。
另外，对应上述程序死锁检测方法，本发明还提供一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各实施例所述的程序死锁检测方法的步骤。需要说明的是，所述存储介质包括U盘、移动硬盘、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
参见图2所示，对应上述程序死锁检测方法，本发明还提供一种程序死锁检测设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述各实施例的程序死锁检测步骤。
本发明还公开了一种基于上述程序死锁检测方法的程序死锁检测系统，包括注入模块、获取模块、存储模块和判断模块。
注入模块用于向线程的线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数中均注入一hook函数；获取模块用于当线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数或临界区创建函数分别相应地进行线程、信号事件、互斥体或临界区的创建时，通过hook函数分别获取线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数所对应的当前线程以及当前线程的线程ID，所述获取模块还用于获取当前线程所等待的资源；存储模块用于将获取模块获取的线程和线程ID存储于全局字段中，所述存储模块还用于将获取的线程所拥有的资源存储于全局字段中；判断模块用于从全局字段中任取两个线程，若其中第一个线程所等待的资源为第二个线程所拥有的资源，且第二个线程所等待的资源为第一个线程所拥有的资源，则程序发生死锁，若否，则程序未发生死锁。
其中，资源包括内存物理地址、磁盘扇区、cpu和操作系统的OS资源。同时，注入模块还用于向系统的等待函数WaitForSingleObject中注入hook函数，当等待函数WaitForSingleObject运行时，通过hook函数获取线程所等待的资源。
本发明的一种程序死锁检测系统的原理在于，注入模块向线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数中注入hook函数的方式，当线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数分别进行线程、信号事件、互斥体和临界区的创建时，通过hook函数分别获取线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数所对应的当前线程以及当前线程的线程ID，从而快速而便捷的获取线程所拥有的资源以及所等待的资源，便于判断模块及时的对线程间闭环依赖关系的判断，从而及时得知程序是否出现死锁想象，给后续的程序死锁处理争取时间，有效保证程序的有序运行。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种程序死锁检测方法，用于当程序采用线程的同步和互斥机制进行多线程运行时，判断程序是否发生死锁，所述线程的同步和互斥机制包括信号事件、临界区、互斥体、以及线程句柄，所述程序运行于Windows操作系统上，其特征在于，包括：
S1：在线程的线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数中均加入一hook函数，从而使线程句柄创建函数CreateThread变成CreateThreadHook函数，信号事件创建函数CreateEvent变成CreateEventHook函数，互斥体创建函数CreateMutex变成CreateMutexHook函数，临界区创建函数InitializeCriticalSection变成InitializeCriticalSectionHook函数；
S2：当线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数或临界区创建函数分别相应地进行线程、信号事件、互斥体或临界区的创建时，通过hook函数分别获取线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数所对应的当前线程以及当前线程的线程ID；
S3：将获取的线程、线程ID以及获取的线程所拥有的资源存储于全局字段中；
S4：根据全局字段中的线程ID，调用系统的等待函数获取全局字段中每个线程所等待的资源，并将获取的线程所等待的资源的信息存储于全局字典中；
S5：从全局字段中任取两个线程，若其中第一个线程所等待的资源为第二个线程所拥有的资源，且第二个线程所等待的资源为第一个线程所拥有的资源，则程序发生死锁，若否，则程序未发生死锁；
其中，所述hook函数还加入于等待函数WaitForSingleObject中，当等待函数WaitForSingleObject运行时，通过所述hook函数获取线程所等待的资源。
2.如权利要求1所述的一种程序死锁检测方法，其特征在于：所述资源包括内存物理地址、磁盘扇区、cpu和操作系统的OS资源。
3.如权利要求1所述的一种程序死锁检测方法，其特征在于，S2具体为：
当线程句柄创建函数进行线程的创建时，通过hook函数获得创建线程时返回的线程句柄值、句柄创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID；
当信号事件创建函数进行信号事件的创建时，通过hook函数获得信号事件创建时返回的信号事件句柄值、信号事件创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID；
当互斥体创建函数进行互斥体的创建时，通过hook函数获得创建互斥体时返回的互斥体句柄值、互斥体创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID；
当临界区创建函数进行临界区的创建时，通过hook函数获得创建临界区时返回的临界区句柄值、临界区创建函数对应的当前线程以及当前线程的线程ID。
4.一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3任一项所述的方法。
5.一种程序死锁检测设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3任一项所述的方法。
6.一种程序死锁检测系统，用于当程序采用线程的同步和互斥机制进行多线程运行时，判断程序是否发生死锁，所述线程的同步和互斥机制包括信号事件、临界区、互斥体、以及线程句柄，所述程序运行于Windows操作系统上，其特征在于，包括：
注入模块，其用于向线程的线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数中均注入一hook函数，从而使线程句柄创建函数CreateThread变成CreateThreadHook函数，信号事件创建函数CreateEvent变成CreateEventHook函数，互斥体创建函数CreateMutex变成CreateMutexHook函数，临界区创建函数InitializeCriticalSection变成InitializeCriticalSectionHook函数；以及向系统的等待函数WaitForSingleObject中注入hook函数，当等待函数WaitForSingleObject运行时，通过hook函数获取线程所等待的资源；
获取模块，其用于当线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数或临界区创建函数分别相应地进行线程、信号事件、互斥体或临界区的创建时，通过hook函数分别获取线程句柄创建函数、信号事件创建函数、互斥体创建函数和临界区创建函数所对应的当前线程以及当前线程的线程ID，所述获取模块还用于根据全局字段中的线程ID，调用系统的等待函数获取全局字段中每个线程所等待的资源；
存储模块，其用于将获取模块获取的线程和线程ID存储于全局字段中，所述存储模块还用于将获取的线程所拥有的资源存储于全局字段中，以及获取的线程所等待的资源的信息存储于全局字典中；
判断模块，其用于从全局字段中任取两个线程，若其中第一个线程所等待的资源为第二个线程所拥有的资源，且第二个线程所等待的资源为第一个线程所拥有的资源，则程序发生死锁，若否，则程序未发生死锁。
7.如权利要求6所述的一种程序死锁检测系统，其特征在于：所述资源包括内存物理地址、磁盘扇区、cpu和操作系统的OS资源。
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