1. 什么是Attach机制

简单点说就是jdk的一些工具类提供的一种jvm进程间通信的能力，能让一个进程传命令给另外一个进程，并让它执行内部的一些操作，比如说我们为了让另外一个jvm进程把线程dump出来，那么我们运行了一个jstack的进程，然后给它传了个pid的参数，告诉它要对哪个进程进行线程dump，既然是两个进程，那肯定涉及到进程间通信，以及传输协议的定义，比如要执行什么操作，传了什么参数等等。

Attach机制可以对目标进程收集很多信息，如内存dump，线程dump，类信息统计(比如加载的类及大小以及实例个数等)，动态加载agent，动态设置vm flag(但是并不是所有的flag都可以设置的，因为有些flag是在jvm启动过程中使用的，是一次性的)，打印vm flag，获取系统属性等等，这些对应的源码(AttachListener.cpp)。

2. Attach方法小结

2.1 继承Tool/HotSpotAgent.attach（采用Serviceability Agent，简称SA）

SA（Serviceability Agent）是一个用于分析HotSpot运行时进程和Core文件中数据的工具。它可以attach到Java进程或分析Core文件中的数据，了解加载的class，是一个包含大量Java API和工具的工具集，目前实现只支持“snapshot”式的使用方式。“snapshot”是指不支持在SA保持连接的同时让目标进程运行，就是说无论如何在SA进行attach的时候目标进程都要暂停的（SA在attatch到进程之后，会暂停当前进程的执行，拿到的是进程的一个snapshot，当前进程会在SA断开后继续执行），所以在线上使用这类工具进行dump时无论耗时长短必须要摘流量，否则可能会使服务不可用而带来一些不必要的影响。

SA 在JDK中是以Jar文件的形式提供的，位于JAVA_HOME/lib/sa-jdi.jar ，和一般的Jar文件执行一样。

TBJMap使用了hotspot源码的sa-jdi.jar的sun.jvm.hotspot.HotSpotAgent这个类（其中TBJMap继承了sun.jvm.hotspot.tools.Tool这个类，最终用到的也是HotSpotAgent作为代理agent，也就是使用的是SA）。

HotSpotAgent.attach方法过程分析（linux）：

首先通过/proc/[pid]/maps读取elf文件，保存符号表（elf文件除了机器码外，还包含其它额外的信息，如段的加载地址，运行地址，重定位表，符号表等，比bin文件要大，通过gcc编译出来的可执行文件是elf文件）；

接着通过保存的符号表读取HotSpotVM中localHotSpotVMStructs和localHotSpotVMTypes等变量的地址；

然后使用ptrace根据变量的地址读取SA需要用到的HotSpotVM中的数据的元信息（类型信息，字段offset，地址等）；

最后根据这些元信息就可以读取到目标VM上这些数据的值。

在Linux平台上，attach方法最终是使用了/proc和ptrace来读取目标VM中的数据，ptrace提供了一种使父进程可以监视和控制其它进程的方式，它还能够改变子进程中的寄存器和内核映像，因而可以实现断点调试和系统调用的跟踪（ptrace会使内核暂停当前进程并将控制权交给跟踪进程，使跟踪进程得以察看或者修改被跟踪进程的寄存器，待收集完跟踪信息以后会把控制权交回给当前进程让其继续运行）。

SA工具的attach和detach分别对应的ptrace方法是：

ptrace(PT_ATTACH, pid, 0, 0);
ptrace(PT_DETACH, pid, 0, 0);

更具体源码分析见：HotSpotAgent.attach源码分析

2.2 VirtualMachine.attach（Attach到Attach Listener线程后执行有限命令）

jstack和jhipcup的attach使用的是VirtualMachine.attach。

VirtualMachine.attach方法过程分析（linux）：

（1）信号机制

JVM启动的时候并不会马上创建Attach Listener线程，而是通过另外一个线程Signal Dispatcher在接收到信号处理请求（如jstack，jmap等）时创建临时socket文件/tmp/.java_pid并创建Attach Listener线程（external process会先发送一个SIGQUIT信号给target VM process，target VM会创建一个Attach Listener线程）；

（2）Unix domain socket

Attach Listener线程会通过Unix domain socket与external process建立连接，之后就可以基于这个socket进行通信了。

创建好的Attach Listener线程会负责执行这些命令（从队列里不断取AttachOperation，然后找到请求命令对应的方法进行执行，比如jstack命令，找到 { “threaddump”, thread_dump }的映射关系，然后执行thread_dump方法）并且把结果通过.java_pid文件返回给发送者。

整个过程中，会有两个文件被创建：

.attach_pid<pid>，external process会创建这个文件，为的是触发Attach Listener线程的创建，因为SIGQUIT信号不是只有external process才会发的，通过这个文件来告诉target VM，有attach请求过来了（如果.attach_pid创建好了，说明Attach Listener线程已经创建成功）。相关代码在LinuxVirtualMachine.java中；

.java_pid<pid>，target VM会创建这个文件，这个是因为Unix domain socket本身的实现机制需要去创建一个文件，通过这个文件来进行IPC。相关代码在attachListener_linux.cpp中。

其中的<pid>都是target VM的pid。

具体更详细的VirtualMachine.attach的源码分析见：VirtualMachine.attach源码分析

Attach Listener线程命令对应的源码(AttachListener.cpp)如下：

static AttachOperationFunctionInfo funcs[] = {{ "agentProperties",  get_agent_properties },{ "datadump",         data_dump },{ "dumpheap",         dump_heap },{ "load",             JvmtiExport::load_agent_library },{ "properties",       get_system_properties },{ "threaddump",       thread_dump },{ "inspectheap",      heap_inspection },{ "setflag",          set_flag },{ "printflag",        print_flag },{ "jcmd",             jcmd },{ NULL,               NULL }
};

3 Perf.getPerf().attach（通过PerfData文件获取信息）

用lsof -p 查看进程打开了哪些文件时，经常可以看到/tmp/hsperfdata_$username/$pid文件，如：

[root@ospdev-qxtjx]# lsof -p 32098 | grep perf
java 32098 root  mem    REG   252,1   32768  934145 /tmp/hsperfdata_root/32098

该文件其实是一个mmap内存映射文件，JVM用来收集状态数据给其它进程使用的，可以使用-XX:+PerfDisableSharedMem来关闭它，当到达安全点时，JVM会把安全点的相关信息写入到这个文件中去，在使用jstack，jconsole等工具时会读取该文件获取内容来统计信息。

perf attach源码调用过程：

调用rt.jar包的sun.misc.Perf类的attach方法

--->调用对应的perf.cpp的Perf_Attach方法--->方法里再调用PerfMemory::attach

--->最后通过方法mmap_attach_shared将GC或其他状态相关的数据写入到该mmap内存映射文件（该mmap内存映射文件是在JVM启动时调用PerfMemory::create_memory_region就已经创建好的）。

jstat，sjk等工具通过访问该mmap内存映射文件，读取到相关的内容，显示在屏幕上。

4 几种命令工具的attach方式的比较

（1）几种attach方式的比较：

几种attach方式的比较

（2）命令工具以及它的所属系列及对应的代码入口：

命令工具以及它的所属系列及对应的代码入口

（3）命令工具以及它所对应的attach方式：

命令工具以及它所对应的attach方式

jmap和jstack的“-F”参数可以把原先VirtualMachine.attach方式强制改为SA attach方式，命令如下：

jmap -F -histo <pid>
jstack -F <pid>
jstack -F -l <pid>

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