詳解Linux下調試器GDB的基本使用方法

目錄

一、概述

GDB調試的三種方式：

1. 目標板直接使用GDB進(jìn)行調試。

2. 目標板使用gdbserver，主機使用xxx-linux-gdb作為客戶(hù)端。

3. 目標板使用ulimit -c unlimited，生成core文件；然后主機使用xxx-linux-gdb ./test ./core。

二、gdb調試

構造測試程序如下main.c和sum.c如下:

main.c:#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
extern int sum(int value);
 
struct inout {
    int value;
    int result;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
    struct inout * io = (struct inout * ) malloc(sizeof(struct inout));
    if (NULL == io) {
        printf("Malloc failed.\n");
        return -1;
    }

    if (argc != 2) {
        printf("Wrong para!\n");
        return -1;
    }

    io -> value = *argv[1] - '0';
    io -> result = sum(io -> value);
    printf("Your enter: %d, result:%d\n", io -> value, io -> result);
    return 0;
}
sum.c:
int sum(int value) {
    int result = 0;
    int i = 0;
    for (i = 0; i < value; i++)
        result += (i + 1);
    return result;
}

然后gcc main.c sum.c -o main -g, 得到main可執行文件.

下面介紹了gdb大部分功能，1.1 設置斷點(diǎn)以及 1.3顯示棧幀是常用功能；調試過(guò)程中可以需要1.6 單步執行，并且1.4 顯示變量、1.5顯示寄存器、1.8 監視點(diǎn)、1.9 改變變量的值。

如果進(jìn)程已經(jīng)運行中，需要1.11 attach到進(jìn)程，或者1.10 生成轉儲文件進(jìn)行分析。當然為了提高效率可以自定義1.13 初始化文件。

2.1、設置斷點(diǎn)

設置斷點(diǎn)可以通過(guò)b或者break設置斷點(diǎn)，斷點(diǎn)的設置可以通過(guò)函數名、行號、文件名+函數名、文件名+行號以及偏移量、地址等進(jìn)行設置。

格式為：

break 函數名

break 行號

break 文件名:函數名

break 文件名:行號

break +偏移量

break -偏移量

break *地址

查看斷點(diǎn)，通過(guò)info break查看斷點(diǎn)列表。

刪除斷點(diǎn)通過(guò)命令包括：

delete <斷點(diǎn)id>：刪除指定斷點(diǎn)

delete：刪除所有斷點(diǎn)

clear

clear 函數名

clear 行號

clear 文件名：行號

clear 文件名：函數名

斷點(diǎn)還可以條件斷住

break 斷點(diǎn) if 條件；比如break sum if value==9，當輸入的value為9的時(shí)候才會(huì )斷住。

condition 斷點(diǎn)編號：給指定斷點(diǎn)刪除觸發(fā)條件

condition 斷點(diǎn)編號 條件：給指定斷點(diǎn)添加觸發(fā)條件

如下可以看出，當入參為9的時(shí)候被斷住，而入參為8的時(shí)候運行到結束。

斷點(diǎn)還可以通過(guò)disable/enable臨時(shí)停用啟用。

disable

disable 斷點(diǎn)編號

disable display 顯示編號

disable mem 內存區域

enable

enable 斷點(diǎn)編號

enable once 斷點(diǎn)編號：該斷點(diǎn)只啟用一次，程序運行到該斷點(diǎn)并暫停后，該斷點(diǎn)即被禁用。

enable delete 斷點(diǎn)編號

enable display 顯示編號

enable mem 內存區域

2.1.1、斷點(diǎn)commands高級功能

大多數時(shí)候需要在斷點(diǎn)處執行一系列動(dòng)作，gdb提供了在斷點(diǎn)處執行命令的高級功能commands。

#include <stdio.h>

int total = 0;

int square(int i)
{
    int result=0;

    result = i*i;

    return result;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int i;

    for(i=0; i<10; i++)
    {
        total += square(i);
    }
    return 0;
}

比如需要對如上程序square參數i為5的時(shí)候斷點(diǎn)，并在此時(shí)打印棧、局部變量以及total的值

編寫(xiě)gdb.init如下：

set logging on gdb.log


b square if i == 5
commands
  bt full
  i locals
  p total
  print "Hit break when i == 5"
end

在gdb shell中source gdb.init，然后r執行命令，結果如下：

可以看出斷點(diǎn)在i==5的時(shí)候斷住了，并且此時(shí)打印了正確的值。

2.2、運行

“gdb 命令”之后，run可以在gdb下運行命令；如果命令需要參數則跟在run之后。

如果需要斷點(diǎn)在main()處，直接執行start就可以。

2.3、顯示棧幀

如果遇到斷點(diǎn)而暫停執行，或者coredump可以顯示棧幀。

通過(guò)bt可以顯示棧幀，bt full可以顯示局部變量。

命令格式如下：

bt

bt full：不僅顯示backtrace，還顯示局部變量

bt N：顯示開(kāi)頭N個(gè)棧幀

bt full N

2.4、顯示變量

“print 變量”可以顯示變量?jì)热荨?/p>

如果需要一行監控多個(gè)變量，可以通過(guò)p {var1, var2, var3}。

如果要跟蹤自動(dòng)顯示，可以使用display {var1, var2, var3}

2.5、顯示寄存器

info reg可以顯示寄存器內容。

在寄存器名之前加$可以顯示寄存器內容，

p $寄存器：顯示寄存器內容

p/x $寄存器：十六進(jìn)制顯示寄存器內容。

用x命令可以顯示內容內容，“x/格式 地址”。

x $pc：顯示程序指針內容

x/i $pc：顯示程序指針匯編。

x/10i $pc：顯示程序指針之后10條指令。

x/128wx 0xfc207000：從0xfc20700開(kāi)始以16進(jìn)制打印128個(gè)word。

還可以通過(guò)disassemble指令來(lái)反匯編。

disassemble

disassemble 程序計數器：反匯編pc所在函數的整個(gè)函數。

disassemble addr-0x40,addr+0x40：反匯編addr前后0x40大小。

2.6、單步執行

單步執行有兩個(gè)命令next和step，兩者的區別是next遇到函數不會(huì )進(jìn)入函數內部，step會(huì )執行到函數內部。

如果需要逐條匯編指令執行，可以分別使用nexti和stepi。

2.7、繼續執行

調試時(shí)，使用continue命令繼續執行程序。程序遇到斷電后再次暫停執行；如果沒(méi)有斷點(diǎn)，就會(huì )一直執行到結束。

continue：繼續執行

continue 次數：繼續執行一定次數。

2.8、監視點(diǎn)

要想找到變量在何處被改變，可以使用watch命令設置監視點(diǎn)watchpoint。

watch <表達式>：表達式發(fā)生變化時(shí)暫停運行

awatch<表達式>：表達式被訪(fǎng)問(wèn)、改變是暫停執行

rwatch<表達式>：表達式被訪(fǎng)問(wèn)時(shí)暫停執行

其他變種還包括watch expr [thread thread-id] [mask maskvalue]，其中mask需要架構支持。

GDB不能監控一個(gè)常量，比如watch 0x600850報錯。

但是可以watch *(int *)0x600850。

2.9、改變變量的值

“通過(guò)set variable <變量>=<表達式>”來(lái)修改變量的值。

set $r0=xxx：設置r0寄存器的值為xxx。

2.10、生成內核轉儲文件

通過(guò)“generate-core-file”生成core.xxxx轉儲文件。

然后gdb ./main ./core.xxxx查看恢復的現場(chǎng)。

另一命令gcore可以從命令行直接生成內核轉儲文件。

gcore `pidof 命令`：無(wú)需停止正在執行的程序已獲得轉儲文件。

2.11、attach到進(jìn)程

如果程序已經(jīng)運行，或者是調試陷入死循環(huán)而無(wú)法返回控制臺進(jìn)程，可以使用attach命令。

attach pid

通過(guò)ps aux可以查看進(jìn)程的pid，然后使用bt查看棧幀。

以top為例操作步驟為：

1. ps -aux查看進(jìn)程pid，為16974.

2. sudo gdb attach 16974，使用gdb 附著(zhù)到top命令。

3. 使用bt full查看，當前棧幀。此時(shí)使用print等查看信息。

4. 還可以通過(guò)info proc查看進(jìn)程信息。

2.12、反復執行

continue、step、stepi、next、nexti都可以指定重復執行的次數。

ignore 斷點(diǎn)編號 次數：可以忽略指定次數斷點(diǎn)。

2.13、初始化文件

Linux環(huán)境下初始化文件為.gdbinit。

如果存在.gdbinit文件，gdb在啟動(dòng)的之前就將其作為命令文件運行。

初始化文件和命令文件執行順序為：HOME/.gdbinit > 運行命令行選項 > ./.gdbinit > -x指定命令文件。

2.14、設置源碼目錄

調試過(guò)程中如果需要關(guān)聯(lián)到源碼，查看更詳細的信息。

可以通過(guò)directory或者set substitute-path來(lái)制定源碼目錄。

2.15、TUI調試

TUI（TextUserInterface）為GDB調試的文本用戶(hù)界面，可以方便地顯示源代碼、匯編和寄存器文本窗口。

源代碼窗口和匯編窗口會(huì )高亮顯示程序運行位置并以'>'符號標記。有兩個(gè)特殊標記用于標識斷點(diǎn)，第一個(gè)標記用于標識斷點(diǎn)類(lèi)型：

• B：程序至少有一次運行到了該斷點(diǎn)
• b：程序沒(méi)有運行到過(guò)該斷點(diǎn)
• H：程序至少有一次運行到了該硬件斷點(diǎn)
• h：程序沒(méi)有運行到過(guò)該硬件斷點(diǎn)

第二個(gè)標記用于標識斷點(diǎn)使能與否:

+：斷點(diǎn)使能Breakpointisenabled.-：斷點(diǎn)被禁用Breakpointisdisabled.

當調試程序時(shí)，源代碼窗口、匯編窗口和寄存器窗口的內容會(huì )自動(dòng)更新。

2.16、Catchpoint

catch可以根據某些類(lèi)型事件來(lái)停止程序執行。

可以通過(guò)catch syscall close，捕捉產(chǎn)生系統調用close的時(shí)候停止程序執行。

其他的catch事件還包括，throw、syscall、assert、exception等等。

2.17、自定義腳本

命令行的入參可以通過(guò)argc和*argv獲取。

2.17.0、注釋、賦值、顯示

# - 為腳本添加注釋。

set - 為變量賦值，以$開(kāi)頭，以便區分gdb還是調試程序變量。

例如：set $x = 1

顯示變量可以通過(guò)echo、printf。

2.17.1、自定義命令

利用define命令可以自行定義命令，還可以使用document命令給自定義命令添加說(shuō)明。

define adder
  if $argc == 2
    print $arg0 + $arg1
  end
  if $argc == 3
    print $arg0 + $arg1 + $arg2
  end
end

document adder
  Sum two or three variables.
end

執行bf自定義命令，結果如下。

無(wú)行參聲明，但可以直接用$arg0,$arg1引用， $argc 為形參個(gè)數

2.17.2、條件語(yǔ)句

條件命令：if...else...end。這個(gè)同其它語(yǔ)言中提供的if命令沒(méi)什么區別，只是注意結尾的end。

2.17.3、循環(huán)語(yǔ)句

循環(huán)命令：while...end。gdb同樣提供了loop_break和loop_continue命令分別對應其它語(yǔ)言中的break和continue，另外同樣注意結尾的end。

set logging on overwrite gdb.log------------將顯示log保存到gdb.log中。
set pagination off--------------------------關(guān)閉分頁(yè)顯示功能。

tar jtag jtag://localhost:1025--------------連接上JTAG。

d-------------------------------------------刪除現有斷點(diǎn)。

b func_a------------------------------------在func_a增加斷點(diǎn)。
commands------------------------------------斷點(diǎn)后，執行如下命令。
  b func_b----------------------------------在func_a斷點(diǎn)之后，在func_b增加斷點(diǎn)。
    commands      bt full-------------------------------打印func_b處棧幀。
      c-------------------------------------繼續執行。
    end
  b file.c:555------------------------------在file.c的555行增加斷點(diǎn)
    commands
      while 1-------------------------------無(wú)限執行next命令。
        next
      end
    end
  c-----------------------------------------繼續執行，才會(huì )觸發(fā)func_b和file.c:555斷點(diǎn)。
end

c-------------------------------------------是程序得到繼續執行。

在命令行g(shù)db -x gdb.init bin；或者gdb bin，然后在命令行soruce gdb.init同樣可以更新腳本。

2.18、dump內存到指定文件

在gdb調試中可能需要將一段內存導出到文件中，可以借助dump命令。

命令格式：

dump binary memory FILE START STOP

比如dump binary memory ./dump.bin 0x0 0x008000000，將內存區間從0x0到0x00800000導出到dump.bin中。

三、gdb+gdbserver遠程調試

目標板gdbserver+主機gdb遠程調試的方式，比較適合目標板性能受限，只能提供gdbserver功能。

在主機上執行g(shù)db進(jìn)行遠程調試。測試程序如下。

#include <stdio.h>

void C(int *p)
{
    *p = 0x12;
}

void B(int *p)
{
    C(p);
}
void A(int *p)
{
    B(p);
}
void A2(int *p)
{
    C(p);
}
int main(int argc, char **argv)
{
    int a;
    int *p = NULL;
    A2(&a);  // A2 > C
    printf("a = 0x%x\n", a);
    A(p);    // A > B > C
    return 0;
}

對目標板的設置方式是：開(kāi)啟端口2345作為gdbserver銅線(xiàn)端口。

gdbserver :2345 test_debug

主機上執行g(shù)db test_debug，然后tar remote 192.168.2.84.2345連接遠程gdbserver。

目標板會(huì )收到“Remote debugging from host 192.168.33.77”消息，表示兩者連接成功。

主機上就可以進(jìn)行遠程調試，continue之后兩端得到的結果如下：

目標板輸出“a=0x12”之后停止運行，

主機上得到SIGSEGV，并可以查看backtrace信息?？梢钥闯鰡?wèn)題點(diǎn)在指針p指向NULL，0指針賦值錯誤。

四、通過(guò)core+gdb離線(xiàn)分析

在目標板上執行ulimit -c unlimited，執行應用程序。

程序出錯后，會(huì )在當前目錄下生成core文件。

將core文件拷出后，再PC上執行xxx-linux-gdb ./test ./core進(jìn)行分析。

4.1、加載庫文件

在運行xxx-linux-gdb ./test ./core之后，可能存在庫文件關(guān)聯(lián)不上的情況。

使用info sharedlibrary，查看庫加載情況。

From        To          Syms Read   Shared Object Library
                        No          xxx.so
                        No          /lib/libdl.so.2
                        No          /lib/libpthread.so.0
0x2ab6ec00  0x2ac09ba4  Yes         xxx/lib/libstdc++.so.6
                        No          /lib/libm.so.6
0x2acec460  0x2acf626c  Yes         xxx/lib/libgcc_s.so.1
                        No          /lib/libc.so.6
                        No          /lib/ld.so.1

可以通過(guò)set solib-search-path和set solib-absolute-prefix來(lái)設置，對應庫所在的路徑。

From        To          Syms Read   Shared Object Library
0x2aaca050  0x2aacc8d0  Yes         xxx.so
0x2aad0ad0  0x2aad17ac  Yes (*)     xxx/lib/libdl.so.2
0x2aad8a50  0x2aae7434  Yes (*)     xxx/lib/libpthread.so.0
0x2ab6ec00  0x2ac09ba4  Yes         xxx/lib/libstdc++.so.6
0x2ac4b3d0  0x2acb1988  Yes         xxx/lib/libm.so.6
0x2acec460  0x2acf626c  Yes         xxx/lib/libgcc_s.so.1
0x2ad17b80  0x2adf699e  Yes         xxx/lib/libc.so.6
0x2aaa89e0  0x2aabf66c  Yes (*)     xxx/lib/ld.so.1
(*): Shared library is missing debugging information.

可以看出相關(guān)庫文件都已經(jīng)加載，只是部分庫文件沒(méi)有調試信息。

4.2、查看backtrace

查看coredump的backtrace通過(guò)bt即可，更全的信息通過(guò)bt full。

產(chǎn)看函數調用棧的幾個(gè)函數

bt：顯示所有的函數調用棧幀的信息，每個(gè)幀一行。

bt n：顯示棧定的n個(gè)幀信息。

bt -n：顯示棧底的n個(gè)幀信息。

bt full：顯示棧中所有幀的完全信息如：函數參數，本地變量。

bt full n：用法同上。

bt full -n

(gdb) bt
#0  0x2ad71f1e in memcpy () from xxx/lib/libc.so.6
#1  0x2ad71ac0 in memmove () from xxx/lib/libc.so.6
#2  0x0011f36c in std::__copy_move<false, true, std::random_access_iterator_tag>::__copy_m<unsigned char> (__first=0x34dfb008 "\377\330\377", <incomplete sequence \340>, __last=0x34eeea2c "", 
    ...
#3  0x0011ee22 in std::__copy_move_a<false, unsigned char*, unsigned char*> (__first=0x34dfb008 "\377\330\377", <incomplete sequence \340>, __last=0x34eeea2c "", __result=0x2b2013c0 "\377\330\377", <incomplete sequence \340>)
    at xxxinclude/c++/6.3.0/bits/stl_algobase.h:386
#4  0x0011e7e2 in std::__copy_move_a2<false, __gnu_cxx::__normal_iterator<unsigned char*, std::vector<unsigned char> >, unsigned char*> (__first=..., __last=..., __result=0x2b2013c0 "\377\330\377", <incomplete sequence \340>)
    at xxx/bits/stl_algobase.h:424
#5  0x0011dfd2 in std::copy<__gnu_cxx::__normal_iterator<unsigned char*, std::vector<unsigned char> >, unsigned char*> (__first=..., __last=..., __result=0x2b2013c0 "\377\330\377", <incomplete sequence \340>)
    at xxx/6.3.0/bits/stl_algobase.h:456
#6  0x0011c948 in xxx
#7  0x00133e08 in xxx
#8  0x2aada31e in start_thread () from xxx/libc/lib/libpthread.so.0
#9  0x005a11b4 in ?? ()

4.3、Core Dump核心轉存儲文件目錄和命名規則

默認情況下core文件存在應用當前路徑下，為了區分可以進(jìn)行設置。

區分core主要通過(guò)/proc/sys/kernel/core_uses_pid和/proc/sys/kernel/core_pattern進(jìn)行設置。

/proc/sys/kernel/core_uses_pid：可以控制產(chǎn)生的core文件的文件名中是否添加pid作為擴展，如果添加則文件內容為1，否則為0。

proc/sys/kernel/core_pattern：可以設置格式化的core文件保存位置或文件名，比如原來(lái)文件內容是core-%e

echo "/tmp/core-%e-%p" > core_pattern。

將會(huì )控制所產(chǎn)生的core文件會(huì )存放到/corefile目錄下，產(chǎn)生的文件名為core-命令名-pid-時(shí)間戳

以下是參數列表:

%p - insert pid into filename 添加pid
%u - insert current uid into filename 添加當前uid
%g - insert current gid into filename 添加當前gid
%s - insert signal that caused the coredump into the filename 添加導致產(chǎn)生core的信號
%t - insert UNIX time that the coredump occurred into filename 添加core文件生成時(shí)的unix時(shí)間
%h - insert hostname where the coredump happened into filename 添加主機名
%e - insert coredumping executable name into filename 添加命令名

當然，你可以用下列方式來(lái)完成：

sysctl -w kernel.core_pattern=/tmp/core-%e-%p

4.4、ulimit的使用

功能說(shuō)明：控制shell程序的資源。

語(yǔ)法：ulimit [-aHS][-c <core文件上限>][-d <數據節區大小>][-f <文件大小>][-m <內存大小>][-n <文件數目>][-p <緩沖區大小>][-s <堆疊大小>][-t <CPU時(shí)間>][-u <程序數目>][-v <虛擬內存大小>]

補充說(shuō)明：ulimit為shell內建指令，可用來(lái)控制shell執行程序的資源。

參數：

-a 　顯示目前資源限制的設定。
-c <core文件上限> 　設定core文件的最大值，單位為區塊。
-d <數據節區大小> 　程序數據節區的最大值，單位為KB。
-f <文件大小> 　shell所能建立的最大文件，單位為區塊。
-H 　設定資源的硬性限制，也就是管理員所設下的限制。
-m <內存大小> 　指定可使用內存的上限，單位為KB。
-n <文件數目> 　指定同一時(shí)間最多可開(kāi)啟的文件數。
-p <緩沖區大小> 　指定管道緩沖區的大小，單位512字節。
-s <堆疊大小> 　指定堆疊的上限，單位為KB。
-S 　設定資源的彈性限制。
-t <CPU時(shí)間> 　指定CPU使用時(shí)間的上限，單位為秒。
-u <程序數目> 　用戶(hù)最多可開(kāi)啟的程序數目。
-v <虛擬內存大小> 　指定可使用的虛擬內存上限，單位為KB。

五、GDB小技巧

5.1、關(guān)閉

Type <return> to continue, or q <return> to quit---

當現實(shí)內容多的時(shí)候，GDB會(huì )強制分頁(yè)，現實(shí)就會(huì )暫停。但是可能并不需要，可以通過(guò)set pagination off關(guān)閉。

5.2、附著(zhù)到已運行kernel

在已運行的Linux上，如果發(fā)生死機異常等問(wèn)題，這時(shí)候定位問(wèn)題需要使用jtag連接上。

連接方法是：

gdb-----------------------------------------------進(jìn)入gdb shell。

target remote localhost:1025-------------------在gdb shell中通過(guò)ip:port連接上target。

file vmlinux----------------------------------------加載符號表。

然后就可以在線(xiàn)查看運行狀態(tài)了。

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