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后端开发中有时会遇到这种情况:进程运行中偶现,重启进程问题就消失;或者是,进程一定要运行一段时间才会出现问题;又或是,极难复现的问题出现了,然而已有的log不足以定位

对于这些情况,尽管大部分时候,我们可以通过在可能的地方加log,然后重启进程等待问题复现,但这样相对被动。我们都知道如果要调试C/C++程序,gdb attach上进程就可以,而python虽然有相似的工具pdb,但它无法附加到一个进程上,必须要用pdb启动进程,在实际环境中显然不管用,那么python是否有类似的办法来改变运行中进程的代码呢?这样我们就可以通过实时加log来定位问题,这样几乎可以解决python层面的任何问题

可以参考两篇文章:

https://mozillazg.com/2018/07...
https://mozillazg.com/2017/07...

简单来说,可以直接用gdb使用类似调试c程序的方式,但要求python进程是使用python-debug这种版本的python,同样不够实用。这里介绍博客中提到的“纯gdb”的方式,通过github上一个开源python包pyrasite,本质上是通过gdb的-eval-command和它的PyRun_SimpleString来向进程注入代码。

这个库有一些附加功能,可以通过它的文档去了解。这里只说实现进程注入的核心,是其中一个很短的文件injector.py,这里去掉了原文件中用于windows平台的一段代码,我们这里只考虑linux,核心代码如下:

import os
import subprocess
import platform

def inject(pid, filename, verbose=False, gdb_prefix=''):
    """Executes a file in a running Python process."""
    filename = os.path.abspath(filename)
    gdb_cmds = [
        'PyGILState_Ensure()',
        'PyRun_SimpleString("'
            'import sys; sys.path.insert(0, \\"%s\\"); '
            'sys.path.insert(0, \\"%s\\"); '
            'exec(open(\\"%s\\").read())")' %
                (os.path.dirname(filename),
                os.path.abspath(os.path.join(os.path.dirname(__file__), '..')),
                filename),
        'PyGILState_Release($1)',
        ]
    p = subprocess.Popen('%sgdb -p %d -batch %s' % (gdb_prefix, pid,
        ' '.join(["-eval-command='call %s'" % cmd for cmd in gdb_cmds])),
        shell=True, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
    out, err = p.communicate()
    if verbose:
        print(out)
        print(err)
        

这个函数做的事很简单,不难看懂,所以,我们需要做的就是调用这个函数,传入pid和文件名,文件是一个你要对这个进程执行的python代码。现在我们运行一个很简单的python进程test.py

import time
def b():
  print('b')

while 1:
  b()
  time.sleep(1)
  

然后创建一个文件patch.py

print('injecting')
def newb():
  print('new b')
b = newb

injector.py的末尾加上一段,以便接收命令行调用:

import sys
pid = sys.argv[1]
filename = sys.argv[2]

inject(int(pid), filename)

通过ps aux|grep test.py查看上面进程的pid,然后执行python injector.py pid patch.py,为方便反复测试可以这样:

pid=`ps aux | grep test.py | grep -v grep | awk '{print $2}'`;python injector.py $pid patch.py;echo $pid injected

输出如下:

clipboard.png

至此就实现了进程注入。

注意点:

  • 修改类或类方法和函数同理,改变类的方法时,直接使用类名classA.method = new_method会将变化应用到所有实例,注意对类方法来说在patch.py中定义时也要加上self参数
  • patch.py中,我们可以直接对b赋值,因为我们gdb进入一个进程后,所在的上下文环境就是该进程的入口模块,可以通过打印globals()来看到有哪些全局变量,这些就是可以直接访问的对象。如果是在一个普通的业务进程中,必然有大量import,这种情况下你需要import相应模块再对该模块的函数或类进行修改,如import x.y.z as z; z.b = newb
  • 特别需要注意的是,如果一个模块A使用了from B import func,那么如果你想改变A中运行的func,需要import A; A.func = newfunc,像这样改变B是没有用的:import B; B.func = newfunc,因为from .. import ..会将对象复制一份到本地命名空间。反之,如果A是使用import B并通过B.func进行调用,那么就应当import B进行修改
  • 如果一个函数内部有阻塞式的while True,那么改变这个函数是没有用的,显然要应用改变的对象需要对象下一次被调用,这个不难理解但是容易漏想到

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