gdb調試入門

時間 2019-11-18

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gdb調試工具

gdb調試工具

0 gdb介紹

調試器GDB容許查看在執行一個程序時其內部時發生了什麼，或者是程序奔潰(crashed)時它正在作什麼。
gdb經過如下四種事情來捕獲某個行爲的異常錯誤(bug)：linux

運行程序，指定可能影響其動做的內容。
讓程序在指定的狀況下中止。
檢查當程序中止時發生了什麼。
改變程序中的內容，以便於更正一個錯誤，而後繼續尋找下一個錯誤。
gdb可用於調試C，C++，Fortran，Modula-2。
gdb經過在終端執行gdb命令激活。一旦啓動，他從命令行讀取命令，直到使用quit命令讓它退出。也能夠經過使用help command命令獲取在線幫助。
gdb可使用無參或者帶參無選項執行，不過通常都使用帶參的命令，例如：指定一個程序或者指定core文件：

gdb program #指定一個可執行程序
gdb program core    #指定一個可執行程序以及core文件
gdb program pid #指定一個正在運行的程序
gdb -p pid  #同上

1 gdb經常使用命令

1.1 list

list命令用於查看代碼，可簡寫爲l。git

list    #查看上一次list中心附近的10行代碼，-5～+5
list n  #查看第n行附近10行代碼，n-5～n+5
list b,e    #查看b,e行範圍的代碼
list function   #查看函數function附近的代碼
list file:line  #查看文件file第line行附件的代碼
list file:function  #查看文件file的函數function附近的代碼
list *address   #地址爲address的行附近的代碼，使用info add name獲取地址

1.2 break

break命令用於設置斷點，可用b簡化；delete用於刪除斷點，可用d簡化。github

break n #在第n行設置斷點
break function  #在函數function設置斷點，能夠是庫函數
break file:line #在文件file第line行設置斷點
break file:function #在文件file的function函數設置斷點
break n if condition    #根據條件在第n行設置斷點，例如b 16 if i==10
break *address  #在地址爲address的行設置斷點

1.3 delete和clear

每次使用break設置斷點都會分配一個斷點號，例如：shell

(gdb) b 16
Breakpoint 1 at 0x400512: file test.cc, line 16.
(gdb) b 17
Breakpoint 2 at 0x40051b: file test.cc, line 17.

要刪除斷點使用可使用delete命令：express

delete [breakpoints num] [range...]
delete n    #刪除n號斷點
delete m-n  #刪除m-n號斷點

也可使用clear命令，clear是基於行的，不是刪除全部斷點：ubuntu

clear n #刪除n行的全部斷點
clear function  #刪除函數function的斷點
clear file:line #刪除文件file第n行的全部斷點
clear file:function #刪除文件:函數的全部斷點

1.4 查看變量

print命令
print命令用來在調試程序時查看變量值，可簡化爲p。

print var   #打印var的值
print *array@len    #以{a, b, ...}格式打印動態數組
print array #以{a, b, ...}格式打印靜態數組
print file::var or print function::var  #打印全局變量
#指定輸出格式：
print/u[d|o|x...] ...   #做爲無符號數輸出
print/t ... #二進制輸出
print/d ... #十進制輸出
print/o ... #八進制輸出
print/x ... #十六進制輸出
print/a ... #十六進制輸出
print/c ... #字符輸出
print/f ... #浮點數輸出

display命令

display var #每次執行到斷點都打印var的值

1.5 程序執行時命令

run命令
run命令用來開始執行程序，直到第一個斷點中止程序。可簡寫爲r。例如：

(gdb) break 20
Breakpoint 1 at 0x40056d: file test.cc, line 20.
(gdb) run
Starting program: /home/chenjunhan/Learning/gdb/test Breakpoint 1, main () at test.cc:20

continue命令
continue命令用來從上次斷點中止以後開始繼續執行程序，直到下一個斷點。可簡寫爲c。例如：

(gdb) b 15
Breakpoint 1 at 0x40050b: file test.cc, line 15.
(gdb) b 16
Breakpoint 2 at 0x400512: file test.cc, line 16.
(gdb) r
Starting program: /home/chenjunhan/Learning/gdb/test
Breakpoint 1, main () at test.cc:15
(gdb) continue
Continuing.
Breakpoint 2, main () at test.cc:16

next命令
next命令用於執行一行源程序代碼，此行代碼中的函數調用也一併執行；即「step over」，可簡寫爲n。
step命令
step命令用於執行一行源程序代碼，若是此行代碼中有函數調用，則進入該函數；即「step into」，可簡寫爲s。

2 gdb調試函數

列出可執行函數全部函數名稱

info|i functions

執行函數內容

next|n  #不進入函數，直接執行函數並返回
step|s  #進入函數，執行函數體
call|print function #任意位置直接執行函數

退出函數

finish  #退出正在執行的函數，自動執行剩下的代碼
return [expression] #退出正在執行的函數，後面的代碼不執行，能夠經過expression修改函數返回值

函數堆棧幀

info|i frame    #顯示當前函數堆棧幀信息，包括指令寄存器的值，局部變量地址及值等信息。
backtrace|bt    #顯示堆棧幀層次結構
frame n|address #切換函數堆棧幀層次
up|down n   #向上/下選擇n層函數堆棧幀
up-silently|down-silently n #同上，不過不打印信息

3 gdb設置watchpoint

gdb可使用watch命令設置觀察點，也就是當一個變量值發生變化時，程序會停下來。例如：數組

int a = 0;
void *pthread_func(void *args)
{
    while (1)
    {
        ++a;
        sleep(1);
    }
}
int main()
{
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, pthread_func, NULL);
    sleep(1000);
    return 0;
}

使用catch|wa觀察全局變量a:多線程

(gdb) file catch
Reading symbols from catch...done.
(gdb) break pthread_func
Breakpoint 1 at 0x400659: file catch.c, line 11.
(gdb) watch a
Hardware watchpoint 2: a
(gdb) r
Starting program: /home/chenjunhan/Learning/gdb/catch 
[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".
[New Thread 0x7ffff77f6700 (LWP 6578)]
[Switching to Thread 0x7ffff77f6700 (LWP 6578)]

Breakpoint 1, pthread_func (args=0x0) at catch.c:11
11          ++a;
(gdb) continue
Continuing.
Hardware watchpoint 2: a

Old value = 0
New value = 1
pthread_func (args=0x0) at catch.c:12
12          sleep(1);
(gdb) continue
Continuing.

Breakpoint 1, pthread_func (args=0x0) at catch.c:11
11          ++a;

設置觀察點

catch var   #爲var設置觀察點，在run以前
catch *(type*)(address) #爲地址address指向的變量設置觀察點

列出全部觀察點

info watchpoints

斷點控制命令

disable|enable|delete n

爲watch指定生效線程

info threads    #列出全部threads編號等信息，thread_create以後
watch var thread t_num  #只有編號爲t_num的thread修改了var值纔會停下來

只讀/讀寫觀察點，只對硬件觀察點才生效

rwatch|rw var   #設置只讀觀察點每次訪問var都會停下來
wwatch|aw var   #設置讀寫觀察點，當發生讀取或改變變量值的行爲時，程序就會暫停住

4 gdb設置catchpoint

使用gdb調試程序時，能夠用tcatch命令設置catchpoint只觸發一次。例如：app

int main()
{
    pid_t pid;
    int i = 0;

    for (i = 0;i < 4; ++i)
    {
        if ((pid = fork()) < 0) //fork error
            exit(1);
        else if (pid == 0)  //child
            exit(0);
    }

    printf("Hello World\n");//parent
    return 0;
}

使用tcatch fork爲fork設置catchpoint

(gdb) tcatch fork
Catchpoint 1 (fork)
(gdb) r
Starting program: /home/chenjunhan/Learning/gdb/catch 

Temporary catchpoint 1 (forked process 6838), 0x00007ffff7ad5ee4 in __libc_fork
    () at ../nptl/sysdeps/unix/sysv/linux/x86_64/../fork.c:130
130 ../nptl/sysdeps/unix/sysv/linux/x86_64/../fork.c: 沒有那個文件或目錄.
(gdb) c
Continuing.
Hello World
[Inferior 1 (process 6834) exited normally]

爲fork/vfork/exec設置catchpoint

catch fork
catch vfork
catch exec

爲系統調用設置catchpoint

catch syscall [syscall_name|syscall_num]    #例如catch syscall mmap
catch syscall   #爲全部系統調用設置catchpoint

5 gdb高級打印技巧

5.1 打印局部變量

使用backtrace full命令

(gdb) bt full
#0  fun_a () at a.c:6
        a = 0
#1  0x000109b0 in fun_b () at a.c:12
        b = 1
#2  0x000109e4 in fun_c () at a.c:19
        c = 2
#3  0x00010a18 in fun_d () at a.c:26
        d = 3
#4  0x00010a4c in main () at a.c:33
        var = -1

使用info locals命令，打印當前函數局部變量

(gdb) info locals
a = 0

5.2 打印打印進程內存信息

info proc mappings  #查看內存映像信息
info files  #更詳細地輸出進程的內存信息，包括引用的動態連接庫等
info target #功能同上

5.3 打印變量類型

typedef struct student_t{
    char *name;
    int age;
} student;

int main()
{
    student s;
    student *ps;

    return 0;
}

使用wathis和ptype命令調試，ptype能夠列出詳細的類型。

(gdb) whatis s
type = student
(gdb) whatis ps
type = student *
(gdb) ptype s
type = struct student_t {
    char *name;
    int age;
}

5.4 打印變量所在文件

info variables var

6 gdb應用於多進程/線程

6.1 多進程調試

a.調試正在運行的進程

#沒啓動gdb
ps -a | grep program    #查看進程id
gdb program pid #調試
gdb --pid pid   #同上

#啓動gdb
attach pid

#斷開
detach

b.調試子進程

gdb調試默認追蹤父進程，要追蹤子進程，則執行下列命令：

set follow-fork-mode child

c.同時調試父進程和子進程

gdb調試時，默認追蹤一個進程，使用下列命令能夠同時調試多個進程：

set detach-on-fork off  #默認運行父進程，掛起其餘進程
set schedule-multiple on    #父進程，子進程一塊兒運行

以後gdb默認追蹤父進程，其餘進程被掛起，使用下列命令能夠切換進程：

inferior infno  #切換到子進程

info inferior   #打印全部進程信息
inferior n  #選擇切換調試進程

6.2 多線程調試

a.顯示線程信息

thread|_thread 查看當前線程id

(gdb) thread
[Current thread is 1 (Thread 0x7ffff7fcc740 (LWP 9494))]
(gdb) printf "current thread:%d\n",$_thread
current thread:1

info threads 查看全部線程信息

(gdb) info threads
Id   Target Id         Frame
3   Thread 0x7ffff6ff5700 (LWP 9627) "thread" 0x00007ffff78b7dfd in nanosleep () at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:81
2   Thread 0x7ffff77f6700 (LWP 9626) "thread" 0x00007ffff78b7dfd in nanosleep () at ../sysdeps/unix/syscall-template.S:81
1   Thread 0x7ffff7fcc740 (LWP 9622) "thread" main () at thread.cc:21

b.切換線程

thread id

c.只容許一個線程執行

gdb調試程序時，一旦程序斷住，全部線程都會中止。當調試其中一個線程時，全部線程都會開始執行。若是想調試一個線程同時其餘線程中止，可用如下命令：

set scheduler-locking on

6.3 調試多個程序

#添加一個新的調試程序。-copies指定執行多少份，默認1
add-inferior [-copies n] [-exec program]

#複製添加一個新的調試程序，infno表示調試進程編號，默認爲當前inferior
clone-inferior [-copies -n] [infno]

info inferior   #列出全部調試的進程
maint info program-spaces   #列出全部調試的進程名稱，inferior編號，進程id

inferior n  #切換進程

7 gdb分析core dump

7.1 core文件

程序因爲各類異常或者bug致使在運行過程當中異常退出或者停止，而且在知足必定條件下（這裏爲何說須要知足必定的條件呢？下面會分析）會產生一個叫作core的文件。
一般狀況下，core文件會包含了程序運行時的內存，寄存器狀態，堆棧指針，內存管理信息還有各類函數調用堆棧信息等，咱們能夠理解爲是程序工做當前狀態存儲生成第一個文件，許多的程序出錯的時候都會產生一個core文件，經過工具分析這個文件，咱們能夠定位到程序異常退出的時候對應的堆棧調用等信息，找出問題所在並進行及時解決。
ubuntu默認不生成core文件，可用一下命令解決：

ulimit -c unlimited

7.2 gdb顯式生成core文件

generate-core-file  #先run
gcore   #上面的簡寫

7.3 使用core文件進行調試

示例程序：

int main()
{
    int *p = NULL;
    *p = 0;

    return 0;
}

上面程序當執行*p = 0時程序會crashed，產生core dump file，下面使用gdb進行調試：

#shell環境加載core文件
gdb test corefile

#同上，gdb環境中
file test
core corefile

#gdb加載core file以後打印的信息
[New LWP 9672]
Core was generated by `./test'.
Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault.
#0  0x000000000040054b in main () at test.c:8
8       *p = 0;

#也可使用where命令定位錯誤位置
(gdb) where
#0  0x000000000040054b in main () at test.c:8

參考文獻