王鹏飞

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开发者笔记

2023年1月7日

用 GDB 调试程序(二)、(三)

文章转自:陈皓的 GDB 调试系列教程

系列文章:

GDB 命令的概貌

启动gdb后,就你被带入gdb的调试环境中,就可以使用gdb的命令开始调试程序了,gdb的命令可以使用help命令来查看,如下所示:

    /home/hchen> gdb
    GNU gdb 5.1.1
    Copyright 2002 Free Software Foundation, Inc.
    GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
    welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
    Type "show copying" to see the conditions.
    There is absolutely no warranty for GDB.  Type "show warranty" for details.
    This GDB was configured as "i386-suse-linux".
    (gdb) help
    List of classes of commands:

    aliases -- Aliases of other commands
    breakpoints -- Making program stop at certain points
    data -- Examining data
    files -- Specifying and examining files
    internals -- Maintenance commands
    obscure -- Obscure features
    running -- Running the program
    stack -- Examining the stack
    status -- Status inquiries
    support -- Support facilities
    tracepoints -- Tracing of program execution without stopping the program
    user-defined -- User-defined commands

    Type "help" followed by a class name for a list of commands in that class.
    Type "help" followed by command name for full documentation.
    Command name abbreviations are allowed if unambiguous.
    (gdb)

gdb的命令很多,gdb把之分成许多个种类。help命令只是例出gdb的命令种类,如果要看种类中的命令,可以使用 help <class> 命令,如:help breakpoints,查看设置断点的所有命令。也可以直接 help <command> 来查看命令的帮助。

gdb中,输入命令时,可以不用打全命令,只用打命令的前几个字符就可以了,当然,命令的前几个字符应该要标志着一个唯一的命令,在Linux下,你可以敲击两次TAB键来补齐命令的全称,如果有重复的,那么gdb会把其例出来。

示例一:在进入函数 func 时,设置一个断点。可以敲入break func,或是直接就是 b func

    (gdb) b func
    Breakpoint 1 at 0x8048458: file hello.c, line 10.

示例二:敲入 b 按两次 TAB 键,你会看到所有 b 打头的命令:

    (gdb) b
    backtrace  break      bt
    (gdb)

示例三:只记得函数的前缀,可以这样:

(gdb) b make_ <按TAB键>

(再按下一次TAB键,你会看到:)

    make_a_section_from_file     make_environ
    make_abs_section             make_function_type
    make_blockvector             make_pointer_type
    make_cleanup                 make_reference_type
    make_command                 make_symbol_completion_list
    (gdb) b make_

GDB把所有make开头的函数全部例出来给你查看。

示例四:调试C++的程序时,有可以函数名一样。如:

    (gdb) b 'bubble( M-?
    bubble(double,double)    bubble(int,int)
    (gdb) b 'bubble(

你可以查看到C++中的所有的重载函数及参数。(注:M-?和“按两次TAB键”是一个意思)

要退出gdb时,只用发quit或命令简称q就行了。

GDB 中运行 UNIX 的 shell 程序

在gdb环境中,你可以执行UNIX的shell的命令,使用gdb的shell命令来完成:

    shell <command string>

调用 UNIX 的 shell 来执行 <command string>,环境变量 SHELL 中定义的 UNIX 的 shell 将会被用来执行 <command string>,如果 SHELL 没有定义,那就使用 UNIX 的标准 shell:/bin/sh。(在 Windows 中使用 Command.com 或 cmd.exe)

还有一个 gdb 命令是 make:

    make <make-args>

可以在 gdb中执行 make 命令来重新 build 自己的程序。这个命令等价于 shell make <make-args>

在 GDB 中运行程序

当以 gdb <program> 方式启动 gdb 后,gdb 会在 PATH 路径和当前目录中搜索 program 的源文件。如要确认 gdb 是否读到源文件,可使用 llist 命令,看看gdb 是否能列出源代码。

在 gdb 中,运行程序使用 r 或是 run 命令。程序的运行,你有可能需要设置下面四方面的事。

1、程序运行参数。

  • set args 可指定运行时参数。(如:set args 10 20 30 40 50)
  • show args 命令可以查看设置好的运行参数。

2、运行环境。

  • path <dir> 可设定程序的运行路径。
  • show paths 查看程序的运行路径。
  • set environment varname [=value] 设置环境变量。如:set env USER=hchen
  • show environment [varname] 查看环境变量。

3、工作目录。

  • cd <dir> 相当于shell的cd命令。
  • pwd 显示当前的所在目录。

4、程序的输入输出。

  • info terminal 显示你程序用到的终端的模式。
  • 使用重定向控制程序输出。如:run > outfile
  • tty命令可以指写输入输出的终端设备。如:tty /dev/ttyb

调试已运行的程序

两种方法: 1、在 UNIX 下用 ps 查看正在运行的程序的 PID(进程 ID ),然后用 gdb <program> PID 格式挂接正在运行的程序。 2、先用 gdb <program> 关联上源代码,并进行 gdb,在 gdb 中用 attach 命令来挂接进程的 PID。并用 detach 来取消挂接的进程。

暂停/恢复程序运行

调试程序中,暂停程序运行是必须的,GDB可以方便地暂停程序的运行。你可以设置程序的在哪行停住,在什么条件下停住,在收到什么信号时停往等等。以便于你查看运行时的变量,以及运行时的流程。

当进程被gdb停住时,你可以使用info program 来查看程序的是否在运行,进程号,被暂停的原因。

在gdb中,我们可以有以下几种暂停方式:断点(BreakPoint)、观察点(WatchPoint)、捕捉点(CatchPoint)、信号(Signals)、线程停止(Thread Stops)。如果要恢复程序运行,可以使用c或是continue命令。

一、设置断点(BreakPoint)

我们用break命令来设置断点。正面有几点设置断点的方法:

    break <function>
        在进入指定函数时停住。C++中可以使用class::function或function(type,type)格式来指定函数名。

    break <linenum>
        在指定行号停住。

    break +offset
    break -offset
        在当前行号的前面或后面的offset行停住。offiset为自然数。

    break filename:linenum
        在源文件filename的linenum行处停住。

    break filename:function
        在源文件filename的function函数的入口处停住。

    break *address
        在程序运行的内存地址处停住。

    break
        break命令没有参数时,表示在下一条指令处停住。

    break ... if <condition>

... 可以是上述的参数,condition 表示条件,在条件成立时停住。比如在循环境体中,可以设置 break if i=100,表示当 i 为 100 时停住程序。

查看断点时,可使用 info 命令,如下所示:(注:n表示断点号)

    info breakpoints [n]
    info break [n]

二、设置观察点(WatchPoint)

观察点一般来观察某个表达式(变量也是一种表达式)的值是否有变化了,如果有变化,马上停住程序。我们有下面的几种方法来设置观察点:

    watch <expr>
        为表达式(变量)expr设置一个观察点。一量表达式值有变化时,马上停住程序。

    rwatch <expr>
        当表达式(变量)expr被读时,停住程序。

    awatch <expr>
        当表达式(变量)的值被读或被写时,停住程序。

    info watchpoints
        列出当前所设置了的所有观察点。

三、设置捕捉点(CatchPoint)

你可设置捕捉点来补捉程序运行时的一些事件。如:载入共享库(动态链接库)或是C++的异常。设置捕捉点的格式为:

    catch <event>
        当event发生时,停住程序。event可以是下面的内容:
        1、throw 一个C++抛出的异常。(throw为关键字)
        2、catch 一个C++捕捉到的异常。(catch为关键字)
        3、exec 调用系统调用exec时。(exec为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
        4、fork 调用系统调用fork时。(fork为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
        5、vfork 调用系统调用vfork时。(vfork为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
        6、load 或 load <libname> 载入共享库(动态链接库)时。(load为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)
        7、unload 或 unload <libname> 卸载共享库(动态链接库)时。(unload为关键字,目前此功能只在HP-UX下有用)

    tcatch <event>
        只设置一次捕捉点,当程序停住以后,应点被自动删除。

四、维护停止点

上面说了如何设置程序的停止点,GDB中的停止点也就是上述的三类。在GDB中,如果你觉得已定义好的停止点没有用了,你可以使用delete、clear、disable、enable这几个命令来进行维护。

    clear
        清除所有的已定义的停止点。

    clear <function>
    clear <filename:function>
        清除所有设置在函数上的停止点。

    clear <linenum>
    clear <filename:linenum>
        清除所有设置在指定行上的停止点。

    delete [breakpoints] [range...]
        删除指定的断点,breakpoints为断点号。如果不指定断点号,则表示删除所有的断点。range 表示断点号的范围(如:3-7)。其简写命令为d。

比删除更好的一种方法是disable停止点,disable了的停止点,GDB不会删除,当你还需要时,enable即可,就好像回收站一样。

    disable [breakpoints] [range...]
        disable所指定的停止点,breakpoints为停止点号。如果什么都不指定,表示disable所有的停止点。简写命令是dis.

    enable [breakpoints] [range...]
        enable所指定的停止点,breakpoints为停止点号。

    enable [breakpoints] once range...
        enable所指定的停止点一次,当程序停止后,该停止点马上被GDB自动disable。

    enable [breakpoints] delete range...
        enable所指定的停止点一次,当程序停止后,该停止点马上被GDB自动删除。

五、停止条件维护

前面在说到设置断点时,我们提到过可以设置一个条件,当条件成立时,程序自动停止,这是一个非常强大的功能,这里,我想专门说说这个条件的相关维护命令。一般来说,为断点设置一个条件,我们使用if关键词,后面跟其断点条件。并且,条件设置好后,我们可以用condition命令来修改断点的条件。(只有break和watch命令支持if,catch目前暂不支持if)

    condition <bnum> <expression>
        修改断点号为bnum的停止条件为expression。

    condition <bnum>
        清除断点号为bnum的停止条件。

还有一个比较特殊的维护命令ignore,你可以指定程序运行时,忽略停止条件几次。

    ignore <bnum> <count>

表示忽略断点号为bnum的停止条件count次。

六、为停止点设定运行命令

我们可以使用GDB提供的command命令来设置停止点的运行命令。也就是说,当运行的程序在被停止住时,我们可以让其自动运行一些别的命令,这很有利行自动化调试。对基于GDB的自动化调试是一个强大的支持。

    commands [bnum]
    ... command-list ...
    end

为断点号bnum指写一个命令列表。当程序被该断点停住时,gdb会依次运行命令列表中的命令。

例如:

    break foo if x>0
    commands
    printf "x is %d/n",x
    continue
    end

断点设置在函数foo中,断点条件是x>0,如果程序被断住后,也就是,一旦x的值在foo函数中大于0,GDB会自动打印出x的值,并继续运行程序。

如果你要清除断点上的命令序列,那么只要简单的执行一下commands命令,并直接在打个end就行了。

七、断点菜单

在C++中,可能会重复出现同一个名字的函数若干次(函数重载),在这种情况下,break <function> 不能告诉GDB要停在哪个函数的入口。当然,你可以使用 break <function(type)> 也就是把函数的参数类型告诉GDB,以指定一个函数。否则的话,GDB会给你列出一个断点菜单供你选择你所需要的断点。你只要输入你菜单列表中的编号就可以了。如:

    (gdb) b String::after
    [0] cancel
    [1] all
    [2] file:String.cc; line number:867
    [3] file:String.cc; line number:860
    [4] file:String.cc; line number:875
    [5] file:String.cc; line number:853
    [6] file:String.cc; line number:846
    [7] file:String.cc; line number:735
    > 2 4 6
    Breakpoint 1 at 0xb26c: file String.cc, line 867.
    Breakpoint 2 at 0xb344: file String.cc, line 875.
    Breakpoint 3 at 0xafcc: file String.cc, line 846.
    Multiple breakpoints were set.
    Use the "delete" command to delete unwanted
     breakpoints.
    (gdb)

可见,GDB列出了所有after的重载函数,你可以选一下列表编号就行了。0表示放弃设置断点,1表示所有函数都设置断点。

八、恢复程序运行和单步调试

当程序被停住了,你可以用continue命令恢复程序的运行直到程序结束,或下一个断点到来。也可以使用step或next命令单步跟踪程序。

    continue [ignore-count]
    c [ignore-count]
    fg [ignore-count]
        恢复程序运行,直到程序结束,或是下一个断点到来。ignore-count表示忽略其后的断点次数。continue,c,fg三个命令都是一样的意思。


    step <count>
        单步跟踪,如果有函数调用,他会进入该函数。进入函数的前提是,此函数被编译有debug信息。很像VC等工具中的step in。后面可以加count也可以不加,不加表示一条条地执行,加表示执行后面的count条指令,然后再停住。

    next <count>
        同样单步跟踪,如果有函数调用,他不会进入该函数。很像VC等工具中的step over。后面可以加count也可以不加,不加表示一条条地执行,加表示执行后面的count条指令,然后再停住。

    set step-mode
    set step-mode on
        打开step-mode模式,于是,在进行单步跟踪时,程序不会因为没有debug信息而不停住。这个参数有很利于查看机器码。

    set step-mod off
        关闭step-mode模式。

    finish
        运行程序,直到当前函数完成返回。并打印函数返回时的堆栈地址和返回值及参数值等信息。

    until 或 u
        当你厌倦了在一个循环体内单步跟踪时,这个命令可以运行程序直到退出循环体。

    stepi 或 si
    nexti 或 ni
        单步跟踪一条机器指令!一条程序代码有可能由数条机器指令完成,stepi和nexti可以单步执行机器指令。与之一样有相同功能的命令是“display/i $pc” ,当运行完这个命令后,单步跟踪会在打出程序代码的同时打出机器指令(也就是汇编代码)

九、信号(Signals)

信号是一种软中断,是一种处理异步事件的方法。一般来说,操作系统都支持许多信号。尤其是UNIX,比较重要应用程序一般都会处理信号。UNIX定义了许多信号,比如SIGINT表示中断字符信号,也就是Ctrl+C的信号,SIGBUS表示硬件故障的信号;SIGCHLD表示子进程状态改变信号;SIGKILL表示终止程序运行的信号,等等。信号量编程是UNIX下非常重要的一种技术。

GDB有能力在你调试程序的时候处理任何一种信号,你可以告诉GDB需要处理哪一种信号。你可以要求GDB收到你所指定的信号时,马上停住正在运行的程序,以供你进行调试。你可以用GDB的handle命令来完成这一功能。

    handle <signal> <keywords...>
        在GDB中定义一个信号处理。信号<signal>可以以SIG开头或不以SIG开头,可以用定义一个要处理信号的范围(如:SIGIO-SIGKILL,表示处理从SIGIO信号到SIGKILL的信号,其中包括SIGIO,SIGIOT,SIGKILL三个信号),也可以使用关键字all来标明要处理所有的信号。一旦被调试的程序接收到信号,运行程序马上会被GDB停住,以供调试。其<keywords>可以是以下几种关键字的一个或多个。

        nostop
            当被调试的程序收到信号时,GDB不会停住程序的运行,但会打出消息告诉你收到这种信号。
        stop
            当被调试的程序收到信号时,GDB会停住你的程序。
        print
            当被调试的程序收到信号时,GDB会显示出一条信息。
        noprint
            当被调试的程序收到信号时,GDB不会告诉你收到信号的信息。
        pass
        noignore
            当被调试的程序收到信号时,GDB不处理信号。这表示,GDB会把这个信号交给被调试程序会处理。
        nopass
        ignore
            当被调试的程序收到信号时,GDB不会让被调试程序来处理这个信号。


    info signals
    info handle
        查看有哪些信号在被GDB检测中。

十、线程(Thread Stops)

如果你程序是多线程的话,你可以定义你的断点是否在所有的线程上,或是在某个特定的线程。GDB很容易帮你完成这一工作。

    break <linespec> thread <threadno>
    break <linespec> thread <threadno> if ...
        linespec指定了断点设置在的源程序的行号。threadno指定了线程的ID,注意,这个ID是GDB分配的,你可以通过“info threads”命令来查看正在运行程序中的线程信息。如果你不指定thread <threadno>则表示你的断点设在所有线程上面。你还可以为某线程指定断点条件。如:

        (gdb) break frik.c:13 thread 28 if bartab > lim

当你的程序被GDB停住时,所有的运行线程都会被停住。这方便你你查看运行程序的总体情况。而在你恢复程序运行时,所有的线程也会被恢复运行。那怕是主进程在被单步调试时。

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