前言

如果我們自己的程序的CPU Usage（CPU占用率）飆升，并且居高不下，很有可能陷入了死循環。你知道怎么快速定位并解決嗎？今天跟大家分享幾種定位方法，希望對你有所幫助。

如何判斷是否有死循環？

• 通過電腦風扇的聲音猜測。

  如果風扇一直響個不停，說明電腦很熱。高CPU占用率會導致CPU發熱量增大，從而導致風扇狂響。如果聽到風扇響個不停，可以打開任務管理器看看CPU占用率是不是很高。如果發現是我們的進程導致的高CPU占用率，那么可以進一步查看是不是有死循環。

• 通過CPU占用率來判斷。

  對于多核CPU（尤其是性能強勁的CPU），一個核心的滿負荷運轉，并不會立刻導致CPU發熱量明顯增大，風扇可能不會有明顯響動。這時根據風扇聲音不能輕易判斷出是否有死循環，但是我們可以通過CPU占用率來判斷。

  如果CPU是單核的，那么當CPU處于滿負荷運轉狀態，CPU占用率會接近100%。如果CPU是4核的，并且這4個核心都處于滿負荷運轉狀態，那么CPU占用率會接近100%，如果只有一個核心是滿負荷運轉狀態，那么CPU占用率會在25%（100 / 4 = 25）左右。如果我們發現某個進程的CPU占用率居高不下，有可能是死循環了。

  注意： 很多死循環都是busy類型的，如果是idle類型的死循環，上面的方法不適用。

下面介紹幾個我經常使用的工具，可以比較便捷的排查此類問題。

1. process explorer

在前面的文章里跟大家介紹過，使用process explorer可以查看線程的調用棧及CPU占用率。如果程序里的某個功能遲遲不能完成，我的第一反應是，按Ctrl + Shift + Esc打開任務管理器（我已經使用process explorer替換了系統自帶的任務管理器，所以啟動的是process explorer。如何使用process explorer替換系統自帶的任務管理器，請參考文章[原]排錯實戰——使用process explorer替換任務管理器）。

啟動process explorer后，雙擊我們關心的進程，切換到Thread頁，在這里我們可以看到當前進程中的所有線程。雙擊某個線程就可以查看調用棧，在彈出的調用棧界面，點擊左下角的Refresh按鈕可以刷新。

如果每次刷新都能看到某個函數，很有可能是在這個函數中出現了死循環。對照源碼，也許能直接能看出原因。

使用process explorer

注意： 需要正確加載調試符號才可以看到對應的函數名。

2. windbg

如果不能使用process explorer定位到具體的原因，可以使用windbg附加到進程中進行更深入的調查。我們需要找出哪個線程運行的時間最長，因為一般死循環的線程占用的CPU時間會比較長。應該怎么找呢？????

• 使用.ttime命令

  .ttime可以查看當前線程的運行時間（用戶態運行時間和內核態運行時間）。但是.ttime有個不足之處——沒有輸出相關的線程標識。我們需要根據其它信息來獲取當前線程的標識。

  如果想查看所有線程的運行時間怎么辦呢？當然可以手動切換到另外一個線程，然后執行.ttime。如果線程數量很多的話，這可是個體力活。不要怕，我們可以通過命令~*e .ttime來獲取每個線程的運行時間。因為.ttime輸出結果中沒有線程標識，我們需要執行命令 ~*e ? $tid;.ttime 把對應的線程ID一起輸出。

  獲取所有線程ID和運行時間

  簡單向大家解釋下這條命令：

• • ~*e會遍歷所有線程并執行后面跟著的命令。其實，~*就可以遍歷所有線程，比如我們在前面的文章里用到的~* kvn命令來查看所有線程的調用棧。但是對于某些命令，如果不加e，windbg可能不能正確解析，會報錯。

  • ? $tid評估表達式$tid的值，?在windbg中表示Evaluate的意思，會評估后面表達式的值。$tid是偽變量，代表了當前線程的線程ID。

  • ; 分號是命令分割符。

  • .ttime查看當前線程的運行時間。

整條命令的效果是：遍歷每個線程，輸出其對應的線程ID和運行時間。

• 如果覺得上面的命令太長了，還可以使用更簡單的命令!runaway查看線程運行時間。

下面是我用!runaway命令排查高CPU占用率的屏幕錄像。

3. visual studio

如果是正在開發的程序在運行過程中出現了死循環，我會考慮用vs來附加到進程（如果進程是通過Ctrl + F5啟動的話，并沒有被調試）。然后通過Parallel Stacks查看所有線程，并用肉眼查找可能出問題的線程。因為我不知道vs中是否有類似!runaway的命令。如果哪位小伙伴有更好的辦法，請一定要留言告訴我！

下面是我用Parallel Stacks功能排查高CPU占用率的屏幕錄像。

小提示： 按Ctrl + Alt + p可以快速打開附加進程界面。

小結

以上三種工具，我會先使用process explorer大體定位下問題，因為可以非常方便的通過Ctrl + Shift + Esc啟動。如果用process explorer解決不了，我會根據情況使用windbg或者vs。如果vs正開著（通常是正在寫代碼的時候），就順手用vs附加到對應的進程中。如果vs沒開著，當然會使用windbg進行排查了。????

實戰代碼

如果你想動手實戰，復制下面的代碼到工程里就可以實戰了。

簡單介紹下代碼：

• 示例代碼中啟動了8個線程，是為了增大排查的難度，只有一個線程的情況太簡單了。

• 函數FindFirstRepeatElementIndex()的用途是找到給定的數據中第一次出現重復的數據的索引。

• 除了我們發現的死循環的問題，還有什么地方可以優化呢？命名，效率，各個方面都可以優化哦，歡迎留言交流。

#include <vector> #include <future> #include <iostream>int FindFirstRepeatElementIndex(bool bExcute) {if (!bExcute){return -1;}int idx = -1;std::vector<int> datas = { 1 , 3, 5, 7, 9, 11, 11, 13, 14, 15, 16, 17 };for (size_t i = 0; i < datas.size(); ++i){for (size_t j = i = 1; j < datas.size(); ++j){if (datas[j] == datas[i]){idx = i;break;}}}return idx; }#define THREAD_COUNT 8 int main() {std::future<int> results[THREAD_COUNT];int realExcuteIdx = rand() % THREAD_COUNT;for (int idx = 0; idx < THREAD_COUNT; ++idx){bool bRealExcute = (realExcuteIdx == idx);results[idx] = std::async(FindFirstRepeatElementIndex, bRealExcute);}for (auto& one_result : results){std::cout<< one_result.get() << std::endl;}return 0; }

總結

• 使用process explorer的線程相關功能，在某些情況下，我們甚至可以不用調試器，對照源碼就可以找出問題所在。

• visual studio的并行調用棧可以讓我們一次性看到所有線程的調用棧，很是方便。不像Call Stack，每次只能查看一個線程的調用棧。當然除了看所有線程的調用棧，還有更多用途等待大家挖掘。

• 一般，如果一個線程的運行時間遠大于其它線程，這個線程很有可能是與死循環相關的線程。

• windbg的!runaway命令可以查看每個線程運行的時間，運行時間最長的線程會排在第一位。

• ~*e ? $tid;.ttime可以查看所有線程的運行時間。

• ~Ns切換到第N號線程。

• ~~[TID]s 切換到TID對應的線程。

參考資料

• 《格蠹匯編》

• 《Windows Sysinternals 實戰指南》

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歡迎留言交流

總結

以上是生活随笔為你收集整理的[原]调试实战——程序CPU占用率飙升，你知道如何快速定位吗？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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