gdbserver: Reinstall software single-step breakpoints in resume_stopped_resumed_lwps
authorKevin Buettner <kevinb@redhat.com>
Tue, 1 Aug 2023 20:33:24 +0000 (13:33 -0700)
committerKevin Buettner <kevinb@redhat.com>
Sat, 12 Aug 2023 03:54:09 +0000 (20:54 -0700)
At the moment, while performing a software single-step, gdbserver fails
to reinsert software single-step breakpoints for a LWP when
interrupted by a signal in another thread.  This commit fixes this
problem by reinstalling software single-step breakpoints in
linux_process_target::resume_stopped_resumed_lwps in
gdbserver/linux-low.cc.

This bug was discovered due to a failing assert in maybe_hw_step()
in gdbserver/linux-low.cc.  Looking at the backtrace revealed
that the caller was linux_process_target::resume_stopped_resumed_lwps.
I was uncertain whether the assert should still be valid when called
from that method, so I tried hoisting the assert from maybe_hw_step
to all callers except resume_stopped_resumed_lwps.  But running the
new test case, described below, showed that merely eliminating the
assert for this case was NOT a good fix - a study of the log file for
the test showed that the single-step operation failed to occur.
Instead GDB (via gdbserver) stopped at the next breakpoint that was
hit.

Zhiyong Yan had proposed a fix which resinserted software single-step
breakpoints, albeit at a different location in linux-low.cc.  Testing
revealed that, while running gdb.threads/pending-fork-event-detach,
the executable associated with that test would die due to a SIGTRAP
after the test program was detached.  Examination of the core file(s)
showed that a breakpoint instruction had been left in program memory.
Test results were otherwise very good, so Zhiyong was definitely on
the right track!

This commit causes software single-step breakpoint(s) to be inserted
before the call to maybe_hw_step in resume_stopped_resumed_lwps.  This
will cause 'has_single_step_breakpoints (thread)' to be true, so that
the assert in maybe_hw_step...

      /* GDBserver must insert single-step breakpoint for software
 single step.  */
      gdb_assert (has_single_step_breakpoints (thread));

...will no longer fail.  And better still, the single-step breakpoints
are reinstalled, so that stepping will actually work, even when
interrupted.

The C code for the test case was loosely adapted from the reproducer
provided in Zhiyong's bug report for this problem.  The .exp file was
copied from next-fork-other-thread.exp and then tweaked slightly.  As
noted in a comment in next-fork-exec-other-thread.exp, I had to remove
"on" from the loop for non-stop as it was failing on all architectures
(including x86-64) that I tested.  I have a feeling that it ought to
work, but this can be investigated separately and (re)enabled once it
works.  I also increased the number of iterations for the loop running
the "next" commands.  I've had some test runs which don't show the bug
until the loop counter exceeded 100 iterations.  The C file for the
new test uses shorter delays than next-fork-other-thread.c though, so
it doesn't take overly long (IMO) to run this new test.

Running the new test on a Raspberry Pi w/ a 32-bit (Arm) kernel and
userland using a gdbserver build without the fix in this commit shows
the following results:

FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=fork: target-non-stop=auto: non-stop=off: displaced-stepping=auto: i=12: next to other line
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=fork: target-non-stop=auto: non-stop=off: displaced-stepping=on: i=9: next to other line
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=fork: target-non-stop=auto: non-stop=off: displaced-stepping=off: i=18: next to other line
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=fork: target-non-stop=off: non-stop=off: displaced-stepping=auto: i=3: next to other line
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=fork: target-non-stop=off: non-stop=off: displaced-stepping=on: i=11: next to other line
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=fork: target-non-stop=off: non-stop=off: displaced-stepping=off: i=1: next to other line
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=vfork: target-non-stop=auto: non-stop=off: displaced-stepping=auto: i=1: next to break here
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=vfork: target-non-stop=auto: non-stop=off: displaced-stepping=on: i=3: next to break here
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=vfork: target-non-stop=auto: non-stop=off: displaced-stepping=off: i=1: next to break here
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=vfork: target-non-stop=on: non-stop=off: displaced-stepping=auto: i=47: next to other line
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=vfork: target-non-stop=on: non-stop=off: displaced-stepping=on: i=57: next to other line
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=vfork: target-non-stop=off: non-stop=off: displaced-stepping=auto: i=1: next to break here
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=vfork: target-non-stop=off: non-stop=off: displaced-stepping=on: i=10: next to break here
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=vfork: target-non-stop=off: non-stop=off: displaced-stepping=off: i=1: next to break here

=== gdb Summary ===

 # of unexpected core files 12
 # of expected passes 3011
 # of unexpected failures 14

Each of the 12 core files were caused by the failed assertion in
maybe_hw_step in linux-low.c.  These correspond to 12 of the
unexpected failures.

When the tests are run using a gdbserver build which includes the fix
in this commit, the results are significantly better, but not perfect:

FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=vfork: target-non-stop=on: non-stop=off: displaced-stepping=auto: i=143: next to other line
FAIL: gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp: fork_func=vfork: target-non-stop=on: non-stop=off: displaced-stepping=on: i=25: next to other line

=== gdb Summary ===

 # of expected passes 10178
 # of unexpected failures 2

I think that the two remaining failures are due to some different
problem.  They are also racy - I've seen runs with no failures or only
one failure, but never more than two.  Also, those runs were conducted
with the loop count in next-fork-exec-other-thread.exp set to 200.
During his testing of this fix and the new test case, Luis Machado
found that this test was taking a long time and asked about ways to
speed it up.  I then conducted additional tests in which I gradually
reduced the loop count, timing each one, also noting the number of
failures.  With the loop count set to 30, I found that I could still
reliably reproduce the failures that Zhiyong reported (in which, with
the proper settings, core files are created).  But, with the loop
count set to 30, the other failures noted above were much less likely
to show up.  Anyone wishing to investigate those other failures should
set the loop count back up to 200.

Running the new test on x86-64 and aarch64, both native and
native-gdbserver shows no failures.

Also, I see no regressions when running the entire test suite for
armv7l-unknown-linux-gnueabihf (i.e.  the Raspberry Pi w/ 32-bit
kernel+userland) with --target_board=native-gdbserver.  Additionally,
using --target_board=native-gdbserver, I also see no regressions for
the entire test suite for x86-64 and aarch64 running Fedora 38.

Bug: https://sourceware.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=30387
Co-Authored-By: Zhiyong Yan <zhiyong.yan@windriver.com>
Tested-By: Zhiyong Yan <zhiyong.yan@windriver.com>
Tested-By: Luis Machado <luis.machado@arm.com>
gdb/testsuite/gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.c [new file with mode: 0644]
gdb/testsuite/gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp [new file with mode: 0644]
gdbserver/linux-low.cc

diff --git a/gdb/testsuite/gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.c b/gdb/testsuite/gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..884706c
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,82 @@
+/* This testcase is part of GDB, the GNU debugger.
+
+   Copyright 2023 Free Software Foundation, Inc.
+
+   This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+   it under the terms of the GNU General Public License as published by
+   the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
+   (at your option) any later version.
+
+   This program is distributed in the hope that it will be useful,
+   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.         See the
+   GNU General Public License for more details.
+
+   You should have received a copy of the GNU General Public License
+   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.  */
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+#include <fcntl.h>
+#include <errno.h>
+#include <unistd.h>
+#include <pthread.h>
+#include <sys/wait.h>
+
+#define MAX_LOOP_ITER 10000
+
+static char *argv0;
+
+static void*
+worker_a (void *pArg)
+{
+  int iter = 0;
+  char *args[] = {argv0, "self-call", NULL };
+
+  while (iter++ < MAX_LOOP_ITER)
+    {
+      pid_t pid = FORK_FUNC ();
+      if (pid == 0)
+       {
+         /* child */
+         if (execvp (args[0], args) == -1)
+           {
+             fprintf (stderr, "execvp error: %d\n", errno);
+             exit (1);
+           }
+       }
+
+      waitpid (pid, NULL, 0);
+      usleep (5);
+    }
+}
+
+static void*
+worker_b (void *pArg)
+{
+  int iter = 0;
+  while (iter++ < MAX_LOOP_ITER)  /* for loop */
+    {
+      usleep (5);  /* break here */
+      usleep (5);  /* other line */
+    }
+}
+
+int
+main (int argc, char **argv)
+{
+  pthread_t wa_pid;
+  pthread_t wb_pid;
+
+  argv0 = argv[0];
+
+  if (argc > 1 && strcmp (argv[1], "self-call") == 0)
+    exit (0);
+
+  pthread_create (&wa_pid, NULL, worker_a, NULL);
+  pthread_create (&wb_pid, NULL, worker_b, NULL);
+  pthread_join (wa_pid, NULL);
+
+  exit (0);
+}
diff --git a/gdb/testsuite/gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp b/gdb/testsuite/gdb.threads/next-fork-exec-other-thread.exp
new file mode 100644 (file)
index 0000000..5e0ac5b
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,131 @@
+# Copyright 2022-2023 Free Software Foundation, Inc.
+
+# This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+# it under the terms of the GNU General Public License as published by
+# the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
+# (at your option) any later version.
+#
+# This program is distributed in the hope that it will be useful,
+# but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+# MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+# GNU General Public License for more details.
+#
+# You should have received a copy of the GNU General Public License
+# along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+# This test was adapted from next-fork-other-thread.exp. The .c file
+# was adapted from the reproducer for this bug:
+#
+# https://sourceware.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=30387#
+#
+# That bug demonstrates a problem with software-singlestep in gdbserver.
+# Prior to being fixed, this test also demonstrated that bug for a
+# 32-bit ARM target.  (Use RUNTESTFLAGS="--target_board=native-gdbserver".)
+# It has been reproduced on a Raspberry Pi running Ubunutu server
+# 20.04.5 LTS with 32-bit kernel + 32-bit userland.  It was NOT reproducible
+# using a circa 2023 Raspberry Pi OS w/ 64-bit kernel and 32-bit userland.
+
+standard_testfile
+
+# Line where to stop the main thread.
+set break_here_line [gdb_get_line_number "break here"]
+
+# Build executables, one for each fork flavor.
+foreach_with_prefix fork_func {fork vfork} {
+    set opts [list debug pthreads additional_flags=-DFORK_FUNC=${fork_func}]
+    if { [build_executable "failed to prepare" \
+           ${testfile}-${fork_func} ${srcfile} $opts] } {
+       return
+    }
+}
+
+# If testing against GDBserver, consume all it its output.
+
+proc drain_gdbserver_output { } {
+    if { [info exists ::server_spawn_id] } {
+       gdb_test_multiple "" "" {
+           -i "$::server_spawn_id"
+           -timeout 0
+           -re ".+" {
+             exp_continue
+           }
+       }
+    }
+}
+
+# Run the test with the given parameters:
+#
+#   - FORK_FUNC: fork flavor, "fork" or "vfork".
+#   - TARGET-NON-STOP: "maintenance set target-non-stop" value, "auto", "on" or
+#     "off".
+#   - NON-STOP: "set non-stop" value, "on" or "off".
+#   - DISPLACED-STEPPING: "set displaced-stepping" value, "auto", "on" or "off".
+
+proc do_test { fork_func target-non-stop non-stop displaced-stepping } {
+    save_vars { ::GDBFLAGS } {
+       append ::GDBFLAGS " -ex \"maintenance set target-non-stop ${target-non-stop}\""
+       append ::GDBFLAGS " -ex \"set non-stop ${non-stop}\""
+       clean_restart ${::binfile}-${fork_func}
+    }
+
+    gdb_test_no_output "set displaced-stepping ${displaced-stepping}"
+
+    if { ![runto_main] } {
+       return
+    }
+
+    # The "Detached after (v)fork" messages get in the way in non-stop, disable
+    # them.
+    gdb_test_no_output "set print inferior-events off"
+
+    # Advance the next-ing thread to the point where we'll execute the nexts.
+    # Leave the breakpoint in: it will force GDB to step over it while next-ing,
+    # which exercises some additional code paths.
+    gdb_test "break $::break_here_line" "Breakpoint $::decimal at $::hex.*"
+    gdb_test "continue" "hit Breakpoint $::decimal, worker_b.*"
+
+    # Next an arbitrary number of times over the lines of the loop.
+    for { set i 0 } { $i < 30 } { incr i } {
+       # If testing against GDBserver, the forking threads cause a lot of
+       # "Detaching from process XYZ" messages to appear.  If we don't consume
+       # that output, GDBserver eventually blocks on a full stderr.  Drain it
+       # once every loop.  It may not be needed for 20 iterations, but it's
+       # needed if you increase to 200 iterations.
+       drain_gdbserver_output
+
+       with_test_prefix "i=$i" {
+           if { [gdb_test "next" "other line.*" "next to other line"] != 0 } {
+               return
+           }
+
+           if { [gdb_test "next" "for loop.*" "next to for loop"] != 0 } {
+               return
+           }
+
+           if { [gdb_test "next" "break here.*" "next to break here"] != 0} {
+               return
+           }
+       }
+    }
+}
+
+foreach_with_prefix fork_func {fork vfork} {
+    foreach_with_prefix target-non-stop {auto on off} {
+       # This file was copied from next-fork-other-thread.exp and
+       # then adapted for the a case which also involves an exec in
+       # addition to the fork.  Ideally, we should test non-stop "on"
+       # in addition to "off", but, for this test, that results in a
+       # number of failures occur preceded by the message:
+       #
+       # Cannot execute this command while the selected thread is running.
+       #
+       # That seems like correct behavior to me, but perhaps the
+       # non-stop case can be made to work; if so, simply add "on"
+       # after "off" on the line below...
+       foreach_with_prefix non-stop {off} {
+           foreach_with_prefix displaced-stepping {auto on off} {
+               do_test ${fork_func} ${target-non-stop} ${non-stop} ${displaced-stepping}
+           }
+       }
+    }
+}
index 651f219b738e77107195045fd3c56af5b42a84b9..e1806ade82f076672d6a8d5e37b94b7ace315e71 100644 (file)
@@ -2463,7 +2463,12 @@ linux_process_target::resume_stopped_resumed_lwps (thread_info *thread)
       int step = 0;
 
       if (thread->last_resume_kind == resume_step)
-       step = maybe_hw_step (thread);
+       {
+         if (supports_software_single_step ())
+           install_software_single_step_breakpoints (lp);
+
+         step = maybe_hw_step (thread);
+       }
 
       threads_debug_printf ("resuming stopped-resumed LWP %s at %s: step=%d",
                            target_pid_to_str (ptid_of (thread)).c_str (),