GDB学习总结

, GDB and Debug

GDB 调试学习总结

编译程序

当编译程序，使用 gcc/g++ (the GNU c/c++ compiler) 作为编译器时，为了产生调试信息，可以使用 ‘-g’ 的调试选项。老版本的编译器可能会支持 ‘-gg’ 的调试选项，但是这种已经被淘汰，即使你现在使用的编译器版本仍然支持这种编译选项，也不要使用。调试信息都保存在目标文件中。

Specify ‘-g’ option when you run the complier, to generate the debugging information for your program. This debugging information is stored in the object file; it describes the data type of each variable and function and the correspondence between source line numbers and addresses in excutable code.

支持对宏的处理

GDB 能够识别预编译宏定义，并且能够对其展开(show preprocessor macros’ expansion)。3.1 版本以后的 GCC 编译器，使用 ‘-g3’ 编译选项和 DWARF 调试格式的情况下，能够提供宏信息。

GDB 能够对含有宏调用的表达式进行求值，能够显示宏展开的结果，能够显示宏定义，包括宏定义的地方。

GDB can evaluate expressions containing macro invocations, show the result of macro expansion, and show a macro’s definition, including where it was defined.

gdb 的宏操作

1、
macro expand expression
macro exp expression
对宏表达式进行展开

2、
info macro macroname
显示宏定义，能够显示宏定义的具体位置，比如在源文件的某一行，被哪个文件的哪一行所引用

比如

#include <stdio.h>
#include "sample.h"
#define M 42
#define ADD(x) (M + x)
main ()
{
#define N 28
printf ("Hello, world!\n");
#undef N
printf ("We’re so creative.\n");
#define N 1729
printf ("Goodbye, world!\n");
}

编译

gcc -DWARF -g3 sample.c

使用 gdb 进入调试

(gdb) info macro ADD
Defined at /home/jimb/gdb/macros/play/sample.c:5
#define ADD(x) (M + x)
(gdb) macro expand ADD(1)
expands to: (42 + 1)

info macro 能够显示宏定义的具体位置，但是有一些是在编译中使用 -Dname=value 的形式，来添加宏的，这种宏，GDB在显示它们的位置的时候，显示的源文件的第 0 行，如下所示

(gdb) info macro __STDC__
Defined at /home/jimb/gdb/macros/play/sample.c:0
-D__STDC__=1

注意，一般现在版本的 GCC 编译器，可能支持 -gdwarf2 -gdwarf3 -gdwarf4 这几种编译选项，一般推荐使用最新版本的 -DWARF

启动程序

进入gdb调试，输入 run 或者 r 运行程序。

设置参数

set args 设置程序运行时的命令行参数，比如

(gdb) set args a b c

在程序运行时，将会传入 a b c 三个参数

show args 显示设置的程序参数，当然，通过 run 命令启动程序时，也可以直接设置参数，如下所示

run a b c

多线程调试 (Debugging Programs With Multiple Threads)

不同操作系统中所说的线程定义可能不同，但是一般来说，总是指进程中的多个线程。线程能够共享进程的地址空间，但是他们又都有个字的私有数据，比如寄存器信息、栈帧等数据。

GDB 为多线程调试提供了一下机制:

  • thread thead-id: 线程切换
  • info threads: 线程信息查看。会列出所有的线程信息，最前面显示的是线程的编号，然后是线程的 systag，这个是线程在操作系统中的标识，即 LWP id。在最前面含有 * 的线程，表示的是当前线程。调试命令显示的信息都是以当前线程的角度来展示的(Debugging commands show program information from the perspective of the current thread.)
  • thead apply [thread-id] [all] args: 通过 thread-id 来指定某个线程执行后面的命令 args，使用 all 指定所有的线程都执行命令 args
  • thread-specific breakpoints: 线程特定断点
  • set print thread-events: 控制线程开始或结束时打印信息

GDB 支持调试多线程程序，一般多线程调试，支持两种模式，一种是 all-stop 模式，在该模式下，进程中的任何一个线程停止，GDB 都会将进程中的其他线程都停止。另一种模式是 non-stop，这种模式下，当你在调试其中一个线程的时候，其他线程能够自由执行。下面只介绍在 all-stop 模式下的操作。

GDB 即使在锁步(lockstep)的情况下也不能单步执行所有的线程，线程的调度是由操作系统来决定的，而不是有 GDB。当程序中断时，其他的线程可能中断在某个语句的中间而不是在语句的边界处。(Other threads stop in the middle of a statement, rather than at a clean statement boundary, when the program stops.)

在一些操作系统中，可以通过锁住操作系统的调度器，修改 GDB 默认的动作来允许一个单独线程运行。

  • set scheduler-locking mode
    设置调度器锁定模式。如果关闭 off，所有线程均能运行。如果打开 on，当 inferior 被唤醒的时候只有当前线程能够运行。step 模式优化单步执行。在单步调试时，step 用抢占当前线程的方式来阻止其他线程抢占控制权。当你在 step 单步调试的时候，其他线程将不会运行，除非使用了 continue、until、finish，其他线程才能够自由运行。

除非另一个线程在它自己的时间片里执行到了一个断点，否则他们不会从你正在调试的线程抢夺 GDB 的控制权。

  • show scheduler-locking
    显示当前调度器锁定模式

Debugging Forks

在大部分的操作系统中，GDB 不能很好的支持多进程之间的调试。当程序 fork 创建子进程的时候，GDB 仍然继续调试父进程，而子进程能够畅通无阻的继续执行。如果在子进程的代码出设置了断点，那么执行中的子进程，在接收到 SIGTRAP 信号后，就会终止。(The child will get a SIGTRAP signal (unless it catches the signal) will cause it to terminate.)

当然，如果非要调试子进程，也可以通过一种特殊的办法来达到这个目的。就是让子进程 sleep 的方式，通过设置环境变量来 sleep 子进程比在代码中直接 sleep 更加有效，因为当你不需要调试子进程的时候，就不需要 sleep 子进程。当子进程睡眠之后，通过 ps 的方式获取子进程的 pid，然后使用 gdb attach 的方式对子进程进行调试。

现在，在 GNU/Linux 的内核版本2.5.46以后，GDB 已经支持了对多进程的调试。

set follow-fork-mode mode
设置调试器对于 fork 和 vfork 的反应。mode 参数可以为 parent 和 child.

  • parent 默认方式，GDB 继续调试父进程，子进程可以顺利执行。
  • child 父进程继续执行，调试器调试子进程

show follow-fork-mode
展示 GDB 调试器对于 fork 和 vfork 的反应。

在 Linux 中，如果想调试父子进程，使用 detach-on-fork

show detach-on-fork
set detach-on-fork mode 告诉调试器是分离父子进程还是保留对父子进程的调试控制，mode 参数如下所示

  • on 子进程(或者父进程，这个根据 follow-fork-mode 设置的参数是 child 还是 parent 来决定) 将被分离(detach)，并且能够独立的运行。
  • off 父子进程都会被 GDB 挂起，其中一个进程能够正常使用 GDB 进行调试，另一个进程将被挂起 (具体是哪一个进程可以调试，取决于 follow-fork-mode 的参数设置)

如果你设置了 set detach-on-fork off， GDB 会保留对所有进程的控制。可以使用 info inferiors 来显示所有进程的信息，使用 inferior infno 来切换进程。如果想退出对进程的调试，使用 detach inferiors 分离当前进程，是进程能够独立运行。kill inferiors 能够杀死当前进程

Debugging Multiple Inferiors and Programs

GDB 能够在一个会话中运行和调试多个程序，一般大多数情况下，多进程会同时运行着多个线程。

GDB 将运行中的程序状态保存在一个称为 inferior 的对象中，每一个 inferior 对应一个程序，可能在进程之前创建，在进程退出之后仍然保留。每一个 inferior 都有一个唯一的标识符，这个不同于进程的 pid，一般 inferior 都有自己独立的地址空间。查看 inferior 的信息使用 info inferior。

  • info inferiors 显示所有 GDB 管理的 inferiors 的信息，每一个 inferior 对应不同的进程，显示的信息如下：
    a. GDB 分配的 inferior 的编号
    b. 目标系统的 inferior 的标识符
    c. inferior 对应的进程的可执行文件运行中的文件名(可能是绝对路径)

  • inferior infno 通过上面得到的编号，在不同的 inferior 之间切换
  • add inferior [-copies n] [-exec executable] 添加 n 个 inferior，以 executable 作为可执行文件执行，n 默认为 1，executable 如果为空，那么 inferior 以空开始，不对应具体的进程。
  • clone inferior [-copies n] [infno] 添加 n 个与 infno 编号相同的 inferior，n 默认为 1，如果 infno 为空，那么默认为当前 inferior。
  • remove-inferiors infno 删除
  • detach inferior infno 分离
  • kill inferior infno 杀死 inferior

为跳转设置书签-检查点 (这个功能还是比较好用的)

在某些系统，比如 GNU/Linix 中，进程的地址空间都是虚拟地址空间，处于安全考虑，这些地址空间是随机确定的。基本上不可能在一个绝对地址上设置一个断点或者观察点，因为随机确定地址，所以每一次运行，符号的地址都会不相同。然而，一个检查点是一个进程的副本，每次重新执行的时候，符号地址都会相同，这样就能避开地址空间随机化的影响。

  • checkpoint 保存被调试程序当前执行状态的一个快照。这个命令没有参数，但是每一个检查点都会被分配一个 id，相当于断点 id

  • info checkpoints 显示当前调试会话所保存的所有检查点信息
    a. CheckPoint ID
    b. Process ID
    c. Code Address
    d. Source line, or label

  • restart checkpoint-id 从 chenckpoint-id 这个检查点出重启程序，变量、寄存器和栈帧信息都恢复到这个检查点时的模样。
  • delete checkpoint checkpoint-id 删除检查点

将断点信息保存

调试的时候，会不停的对修改好的代码进行调试，如果每次都要重复设置断点，是一件很麻烦和无聊的事情，那么，可以将设置好的断点信息保存下来。

  • save breakpoints [filename] 将所有当前的断点定义都保存在文件 filename 中，在后面的调试中，可以直接被读取调用。其实，就是在当前文件夹下保存一个文本文件，记录下所有的断点信息。后面再次调试的时候，使用 source filename 的方法就能重新设置所有之前的断点了。

检查堆栈 (Examining the Stack)

回溯

backtrace
bt
打印每个栈帧的回溯，每帧一行。可以通过系统中断字符，通常为 Ctrl-c 在任意时刻终止回溯。

backtrace full
bt full
回溯

大多数程序都有标准的用户入口点–在此处系统库和启动代码转化为用户代码。对于C 是 main 函数。GDB 要是发现回溯里有入口函数，就会结束回溯，避免跟踪到高度系统相关（或通常不关心的）的代码。要是需要检查启动代码，或者限制回溯到层次数量，可以改变其行为：

set backtrace past-main
set backtrace past-main on
回溯会在入口点处继续跟踪下去。

set backtrace past-main off
回溯在入口点处终止。默认行为。

show backtrace past-main
显示当前用户入口点回溯规则。

set backtrace past-entry
set backtrace past-entry on
回溯会在应用程序的内部入口点继续跟踪下去。这个入口点是由连接器在链接程序的时候编码的，很可能是在用户入口点main 函数（或者是相应的）之前被调用。

set backtrace past-entry off
回溯会在程序的内部入口点处终止。默认行为。

show backtrace past-entry
显示当前内部入口点回溯规则。

选择堆栈帧

frame n
f n
选择编号为 n 的帧。回忆一下，0 帧是最内层（当前执行）的帧，1 帧是最内层帧所调用的，以此类推。最高编号的帧是 main 函数的。

frame addr
f addr
选择在地址 addr 上的帧。这个命令在堆栈帧链被 bug 损坏的时候很有用，使得 GDB 可以为所有帧编号。另外，要是程序有多个堆栈的时候，要在它们之间切换就很有用了。

up n
在堆栈里上移n 帧

down n
在堆栈里下移n 帧

堆栈帧信息

info frame
info f
这个命令打印选定帧的文本描述，包括：

  • 帧地址
  • 下一个帧的地址（被这个帧调用的）
  • 上一个帧的地址（这个帧的调用者）
  • 这个帧对应的源代码的语言
  • 帧参数的地址
  • 帧的本地变量的地址
  • 帧里的程序计数器（调用者帧的执行地址）
  • 在帧里保存的计数器

info frame addr
info f addr
打印在地址 addr 上的帧的文本描述，但不选择此帧

info args
打印选定帧的参数，每个参数一行。

info locals
打印选定帧上的本地变量，每个一行。选定帧的执行点上可见的所有变量（声明为静态或自动的均可）。

查看数据

print

print 是最常用的查看数据或者变量的命令，可以简写为 p，后面接参数，可以按照不同格式打印，格式符号如下：

x - 将数值作为整型数据，并以16 进制打印
d - 打印带符号整型数据
u - 打印以无符号整型数据
o - 以8 进制打印整形数据
t - 以2 进制打印整形
a - 打印地址，打印16 进制的绝对地址和最近符号的偏移量。可以用这个格式找出一个未知地址的位于何处（在哪个函数里）
c - 将一个整型以字符常量打印。会打印一个数值和它表示的字符。超出 7 位的ASCII 的数值（大于127）的字符用8 进制的数字替代打印。不用这个格式的话，GDB 将 char，unsigned char 和 signed char 数据作为字符常量打印。单字节的向量成员以整型数据打印。
f - 将数据以浮点类型打印。
s - 如果可能的话，以字符串形式打印

查看内存

使用 x 命令

x/nfu addr
x addr

n，f 和 u 都是可选的参数，指定打印多长的内存数据和以何种格式打印之；addr 是需要打印的内存的地址表达式。如果用默认的 nfu，不需要输入反斜杠’/’。有几个命令可以方便的设置 addr 的默认值。
n，重复次数，10 进制整数；默认是1。指定显示多长的内存（需要和单元长度u 一起计算得到）。
f，显示格式，显示格式和 print 命令的格式一样（’x’,’d’,’u’,’o’,’t’,’a’,’c’,’f’,’s’），外加’i’ （表示机器指令格式）。默认是’x’（16进制）。默认格式在用x 或print 命令的时候都会改变。
u，单元大小。单元大小如下：

b 字节
h 2 节节
w 4 字节。默认值。
g 8 字节。

每次用x 指定单元长度，这个长度就成为默认值，知道下一次用x 再设置。（对于’s’和’i’格式，单元长度会被忽略而不会改写）
addr，要打印的起始位置

explore

explore arg

arg 既可以是表达式，也可以是一个可见类型。如下代码

struct SimpleStruct
{
	int i;
	double d;
};
struct ComplexStruct
{
	struct SimpleStruct *ss_p;
	int arr[10];
};

struct SimpleStruct ss = { 10, 1.11 };
struct ComplexStruct cs = { &ss, { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 } };

在 GDB 调试中，使用 explore 命令

(gdb) explore cs
The value of ‘cs’ is a struct/class of type ‘struct ComplexStruct’ with
the following fields:
ss_p = <Enter 0 to explore this field of type ‘struct SimpleStruct *’>
arr = <Enter 1 to explore this field of type ‘int [10]’>
Enter the field number of choice:

可以继续往下选择，这个命令能够看到详细数据类型以及数据类型中的成员的数据。