使用 GDB 更改 JVM 中的变量值

Question

目前我有一个简单的Java程序：

public class Test {
  public static void main(String[] args) {
    boolean test = true;
    while (test) {
      System.out.println("Hello World");
      try { Thread.sleep(1000); } catch (Exception e) {}
    }
    System.out.println("Bye-bye");
  }
}

它每秒打印“Hello World”。我想使用 gdb 附加到进程并制作一个内存补丁来停止它并打印“Bye-bye”。

我知道 GDB 可以从它的控制台获取创建的 VM (JNI_GetCreatedVMs)，env 对象也可以通过 GetEnv 的 API 获得。如何test在JVM中找到变量地址并将其设置为false（这是可选的）以使程序正常退出？不确定像 AttachCurrentThread 这样的 API、像 HotSpotVirtualMachine 这样的类、像 jmap 或 jstack 这样的工具是否可以提供帮助？

并且没有调试选项，假设在生产中运行的简单程序使用java -cp . Test.

在此先感谢您的任何指导。:)

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附加信息（跟踪状态）

• jmap -dump:file=hex <pid> && jhat hex并浏览http://localhost:7000；找不到对test（它不是一个对象，只是一个实例class Z）的任何引用
• jstack <pid>可以得到主线程的tid（0x7fa412002000），并且jhat hex拥有main的java.lang.Thread对象（0x76ab05c40）
• java.lang.Thread有一个本地方法start0调用JVM_StartThread(hotspot/src/share/vm/prims/jvm.cpp)的热点方法，有一个类JavaThread可能包含线程堆栈中局部变量的内存结构。
• 如果private static boolean test = true;; 那么JNI_GetCreatedJavaVMs ==> jvm, jvm->jvm_api->AttachCurrentThread ==> env,env->env_api->(FindClass, GetStaticFieldID, SetStaticBooleanField) ==> test[true ==> false]

Answer 1

在某些情况下，可以使用 HotSpot Serviceability Agent 获取局部变量地址。我制作了一个示例代理，它打印带有局部变量信息的扩展堆栈跟踪：

import sun.jvm.hotspot.code.Location;
import sun.jvm.hotspot.code.LocationValue;
import sun.jvm.hotspot.code.NMethod;
import sun.jvm.hotspot.code.ScopeValue;
import sun.jvm.hotspot.code.VMRegImpl;
import sun.jvm.hotspot.debugger.Address;
import sun.jvm.hotspot.debugger.OopHandle;
import sun.jvm.hotspot.interpreter.OopMapCacheEntry;
import sun.jvm.hotspot.oops.Method;
import sun.jvm.hotspot.oops.Oop;
import sun.jvm.hotspot.runtime.CompiledVFrame;
import sun.jvm.hotspot.runtime.InterpretedVFrame;
import sun.jvm.hotspot.runtime.JavaThread;
import sun.jvm.hotspot.runtime.JavaVFrame;
import sun.jvm.hotspot.runtime.VM;
import sun.jvm.hotspot.runtime.VMReg;
import sun.jvm.hotspot.tools.Tool;

import java.util.List;

public class Frames extends Tool {

    @Override
    public void run() {
        for (JavaThread thread = VM.getVM().getThreads().first(); thread != null; thread = thread.next()) {
            System.out.println(thread.getThreadName() + ", id = " + thread.getOSThread().threadId());
            for (JavaVFrame vf = thread.getLastJavaVFrameDbg(); vf != null; vf = vf.javaSender()) {
                dumpFrame(vf);
            }
            System.out.println();
        }
    }

    private void dumpFrame(JavaVFrame vf) {
        Method method = vf.getMethod();
        String className = method.getMethodHolder().getName().asString().replace('/', '.');
        String methodName = method.getName().asString() + method.getSignature().asString();
        System.out.println("  # " + className + '.' + methodName + " @ " + vf.getBCI());

        if (vf.isCompiledFrame()) {
            dumpCompiledFrame(((CompiledVFrame) vf));
        } else {
            dumpInterpretedFrame(((InterpretedVFrame) vf));
        }
    }

    private void dumpCompiledFrame(CompiledVFrame vf) {
        if (vf.getScope() == null) {
            return;
        }

        NMethod nm = vf.getCode();
        System.out.println("    * code=[" + nm.codeBegin() + "-" + nm.codeEnd() + "], pc=" + vf.getFrame().getPC());

        List locals = vf.getScope().getLocals();
        for (int i = 0; i < locals.size(); i++) {
            ScopeValue sv = (ScopeValue) locals.get(i);
            if (!sv.isLocation()) continue;

            Location loc = ((LocationValue) sv).getLocation();
            Address addr = null;
            String regName = "";

            if (loc.isRegister()) {
                int reg = loc.getRegisterNumber();
                addr = vf.getRegisterMap().getLocation(new VMReg(reg));
                regName = ":" + VMRegImpl.getRegisterName(reg);
            } else if (loc.isStack() && !loc.isIllegal()) {
                addr = vf.getFrame().getUnextendedSP().addOffsetTo(loc.getStackOffset());
            }

            String value = getValue(addr, loc.getType());
            System.out.println("    [" + i + "] " + addr + regName + " = " + value);
        }
    }

    private void dumpInterpretedFrame(InterpretedVFrame vf) {
        Method method = vf.getMethod();
        int locals = (int) (method.isNative() ? method.getSizeOfParameters() : method.getMaxLocals());
        OopMapCacheEntry oopMask = method.getMaskFor(vf.getBCI());

        for (int i = 0; i < locals; i++) {
            Address addr = vf.getFrame().addressOfInterpreterFrameLocal(i);
            String value = getValue(addr, oopMask.isOop(i) ? Location.Type.OOP : Location.Type.NORMAL);
            System.out.println("    [" + i + "] " + addr + " = " + value);
        }
    }

    private String getValue(Address addr, Location.Type type) {
        if (type == Location.Type.INVALID || addr == null) {
            return "(invalid)";
        } else if (type == Location.Type.OOP) {
            return "(oop) " + getOopName(addr.getOopHandleAt(0));
        } else if (type == Location.Type.NARROWOOP) {
            return "(narrow_oop) " + getOopName(addr.getCompOopHandleAt(0));
        } else if (type == Location.Type.NORMAL) {
            return "(int) 0x" + Integer.toHexString(addr.getJIntAt(0));
        } else {
            return "(" + type + ") 0x" + Long.toHexString(addr.getJLongAt(0));
        }
    }

    private String getOopName(OopHandle hadle) {
        if (hadle == null) {
            return "null";
        }
        Oop oop = VM.getVM().getObjectHeap().newOop(hadle);
        return oop.getKlass().getName().asString();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Frames().execute(args);
    }
}

运行它：

java -cp $JAVA_HOME/lib/sa-jdi.jar:. Frames PID

这将附加到 Java 进程PID并打印堆栈跟踪，如

main, id = 30920
  # java.lang.Thread.sleep(J)V @ 0
  # Test.main([Ljava/lang/String;)V @ 15
    [0] 0x00007f075a857918 = (oop) [Ljava/lang/String;
    [1] 0x00007f075a857910 = (int) 0x1
    [2] 0x00007f075a857908 = (int) 0x0

这main是Java线程名称；30920是本机线程 ID；@ 15是字节码索引。

该行[1] 0x00007f075a857910 = (int) 0x1表示局部变量 #1 位于地址 0x00007f075a857910 且值为 1。这正是您感兴趣的变量。

局部变量信息对于解释方法是可靠的，但对于编译方法并不总是可靠的。但是，已编译的方法将有一个额外的代码行，其中包含代码地址，因此您可以在 gdb 中反汇编和检查它。