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GDB程序调试笔记

沙米笔记
 沙米笔记
发布于 2016/06/29 09:19
字数 3856
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    最近程序在linux系统中出现程序的进程意外死掉的现象,查看日志发现是信号量异常导致。结合进程死机异常产生的core文件和程序版本通过GDB工具进行程序的调试,发现是内存的问题。

为了更好的使用GDB工具,查阅资料进行总结,也希望能够帮助开始使用GDB的新手

1、GDB是什么

GDB就是一个帮助程序猿调试程序的工具,类似于windows下的IDE自带的调试工具(如断点调试、内存查看、堆栈信息显示等)。

一般来说 GDB 主要调试的是 C/C++的程序。要调试 C/C++的程序,首先在编译时,必须要把调试信息加到可执行文件中。使用编译器(cc/gcc/g++)的 -g 参数可以做到这一点。

> cc -g hello.c -o hello

> g++ -g hello.cpp -o hello

如果没有-g,你将看不见程序的函数名、变量名,所代替的全是运行时的内存地址

2、如何启动GDB

    1、gdb <program>
    program 也就是你的执行文件,一般在当前目录下。

    2、gdb <program> core
    用gdb同时调试一个运行程序和core 文件,core 是程序非法执行后core dump 后产生的文件。

    3、gdb <program> <PID>
    如果你的程序是一个服务程序或者已经在运行了,那么可以指定这个服务程序运行时的进程 ID。gdb 会自动attach 上去,并调试他。program 应该在PATH 环境变量中搜索得到

    也可以这样: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

3、简单使用

l <-------------------- l 命令相当于list,从第一行开始例出原码
<-------------------- 直接回车表示,重复上一次命令
break 16 <-------------------- 设置断点,在源程序第16行处
break func <-------------------- 设置断点,在函数func()入口处
r <--------------------- 运行程序,run 命令简写
n <--------------------- 单条语句执行,next命令简写
c <--------------------- 继续运行程序,continue 命令简写
p i <--------------------- 打印变量i的值,print命令简写
bt <--------------------- 查看函数堆栈
finish <--------------------- 退出函数
q <--------------------- 退出 gdb

4、程序运行参数和环境操作

    1、GDB中调用 UNIX 的 shell 来执行linux命令

    shell <command string>      

    如:(gdb) shell $PWD
            bash: /home/duxx/test_gdb: is a directory

    2、GDB中执行make命令,重新build 自己的程序

    make <make-args>    等价于“shell make <make-args>”

    3、设置程序运行参数

    set args         可指定运行时参数。
    show args     命令可以查看设置好的运行参数。

    (gdb) set  args 5
    (gdb) show  args 
    Argument list to give program being debugged when it is started is "5".

    4、运行路径和环境变量

    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

5、断点调试

    1、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>        eg:break func() 
    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>        eg:break 8
    在指定行号停住。

    break +offset    (当前行号+offset)    
    break -offset     (当前行号-offset)  

    在当前行号的前面或后面的offset行停住(是在程序运行前和运行时都可设置)。offiset 为自然数。

    break filename:linenum        eg:break  test.cpp:18
    在源文件filename 的linenum 行处停住。

    break filename:function        eg:break test.cpp:func() 
    在源文件filename 的function 函数的入口处停住。

    break *address        eg:break  0x0804895b
    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]
    eg:
    1       breakpoint     keep y   0x080488bd in func() at test.cpp:19
             breakpoint already hit 1 time
    2       breakpoint     keep y   0x08048852 in test1() at test.cpp:8
    3       breakpoint     keep y   <PENDING>  +2

    2、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。当表达式值有变化时,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

    注意:设置观察点时,要在其观察的变量处设置断点,然后run程序,走到此断点时,才可设置观察点,continue观察设置的观察点是否有变化

    3、清除停止点

    clear
    清除所有的已定义的停止点,测试不能全部删除,使用delete即可

    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。

    4、修改停止的条件

    可以在设置断点的时候加入条件
     break foo if value_a > value_b

    也可以用 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>      eg:  condition 3  i=5(不需要 if)
    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。

6、查看栈信息

    1、查看栈简单信息 bt

    bt        打印当前的函数调用栈的所有信息   调用顺序:从下向上依次调用
    bt <n>
    n 是一个正整数,表示只打印栈顶上n个层的栈信息。
    -n 表一个负整数,表示只打印栈底下n个层的栈信息        eg:

(gdb) bt  <------------------------栈的信息
#0  test1 () at test.cpp:8     <------------------------栈的第0层(栈顶)
#1  0x080488f6 in func () at test.cpp:22      <------------------------栈的第1层
#2  0x0804895b in main (argv=1, argc=0xbffff4c4) at test.cpp:33
(gdb) bt 2       <------------------------打印栈顶2个层的栈信息
#0  test1 () at test.cpp:8
#1  0x080488f6 in func () at test.cpp:22
(More stack frames follow...)

    2、切换当前栈,查看当前栈详细信息 frame

    frame <n>   
    f <n>             n 是一个从0 开始的整数,是栈中的层编号。比如:frame 0,表示栈顶,frame 1,表示栈的第二层。
    up <n>         表示向栈的上面移动 n层,可以不打n,表示向上移动一层。
    down <n>     表示向栈的下面移动n 层,可以不打 n,表示向下移动一层。 

    info frame    会打印出这些信息:栈的层编号,当前的函数名,函数参数值,函数所在文件及行号,函数执行到的语句
    info args 打印出当前函数的参数名及其值。
    info locals 打印出当前函数中所有局部变量及其值。
    info catch 打印出当前的函数中的异常处理信息

(gdb) info frame          <------------------ 打印出当前栈的详细信息
Stack level 0, frame at 0xbffff3f0:
 eip = 0x8048852 in test1 (test.cpp:8); saved eip = 0x80488f6
 called by frame at 0xbffff410
 source language c++.
 Arglist at 0xbffff3e8, args: 
 Locals at 0xbffff3e8, Previous frame's sp is 0xbffff3f0
 Saved registers:
  ebx at 0xbffff3e4, ebp at 0xbffff3e8, eip at 0xbffff3ec
(gdb) f 0       <------------------ 打印栈顶信息和代码
#0  test1 () at test.cpp:8
8               int* ppp = (int *)new int[10];
(gdb) f 2
#2  0x0804895b in main (argv=1, argc=0xbffff4c4) at test.cpp:33
33              func();
(gdb) up 1      <------------------ 当前栈的指向向上移动一层即#1的栈
#1  0x080488f6 in func () at test.cpp:22
22              test1();
(gdb) info frame    <------------------ 打印当前栈的详细信息
Stack level 1, frame at 0xbffff410:
 eip = 0x80488f6 in func (test.cpp:22); saved eip = 0x804895b
 called by frame at 0xbffff440, caller of frame at 0xbffff3f0
 source language c++.
 Arglist at 0xbffff408, args: 
 Locals at 0xbffff408, Previous frame's sp is 0xbffff410
 Saved registers:
  ebp at 0xbffff408, eip at 0xbffff40c

7、代码查看

查看源码 list

在程序编译时一定要加上-g 的参数,把源程序信息编译到执行文件中,list简写l。

list <linenum>
显示程序第linenum行的周围的源程序(一般是打印当前行的上 5 行和下 5 行)。

list <function>
显示函数名为function 的函数的源程序(如果显示函数是是上 2 行下 8 行,默认是 10 行)。

list
显示当前行后面的源程序(默认行数)。

list -
显示当前行前面的源程序(默认行数)。

指定显示的行数

也可以定制显示的范围,使用下面命令可以设置一次显示源程序的行数。
set listsize <count>
设置一次显示源代码的行数。

show listsize
查看当前listsize 的设置。

list 命令还有下面的用法:
list <first>, <last> 显示从first行到last行之间的源代码。
list , <last> 显示从当前行到 last 行之间的源代码(包含首尾行)。
list + 往后显示源代码(默认行数)。

一般来说在list 后面可以跟以下这们的参数:
<linenum> 行号。
<+offset> 当前行号的正偏移量。
<-offset> 当前行号的负偏移量。
<filename:linenum> 哪个文件的哪一行。
<function> 函数名。
<filename:function> 哪个文件中的哪个函数。
<*address> 程序运行时的语句在内存中的地址。

搜索源代码

forward-search <regexp>
search <regexp>

向前面搜索。
reverse-search <regexp>
全部搜索。
其中,<regexp>就是正则表达式,也主一个字符串的匹配模式

8、程序运行时数据查看

查看程序的变量或地址
1、全局变量(所有文件可见的)    eg:    p   g
2、静态全局变量(当前文件可见的)
3、局部变量(当前Scope 可见的)    eg: p   m
如果你的局部变量和全局变量发生冲突(也就是重名),一般情况下是局部变量会隐藏全局变量,查看格式:file::variable eg:  p 'test.cpp'::m
查看某个函数的变量:function::variable  eg:没有成功

数组查看 “@”
格式:*内存地址@内存长度   “@”的左边是第一个内存的地址的值,“@”的右边则你你想查看内存的长度

int arr[]={2,23,5,6,7,8};    
(gdb) p *ppp@10
$2 = {1, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}
int* ppp = (int *)new int[10];
(gdb) p *arr@6
$3 = {2, 23, 5, 6, 7, 8}

输出格式
用GDB的数据显示格式:
x 按十六进制格式显示变量。
d 按十进制格式显示变量。
u 按十六进制格式显示无符号整型。
o 按八进制格式显示变量。
t 按二进制格式显示变量。
a 按十六进制格式显示变量。
c 按字符格式显示变量。
f 按浮点数格式显示变量。

(gdb) p m
$5 = 10
(gdb) p/x m
$6 = 0xa
(gdb) p/o m
$7 = 012
(gdb) p/c m
$8 = 10 '\n'
(gdb) p/f m
$9 = 1.40129846e-44

查看内存的值 examine
格式:x/<n/f/u> <addr>    examine 命令(简写是x)来查看内存地址中的值
n、f、u是可选的参数
n 是一个正整数,表示显示内存的长度,也就是说从当前地址向后显示几个地址的内容。
f 表示显示的格式,参见上面。如果地址所指的是字符串,那么格式可以是 s,如果地十是指令地址,那么格式可以是 i。
u 表示从当前地址往后请求的字节数,如果不指定的话,GDB 默认是 4 个 bytes。u 参数可以用下面的字符来代替,b 表示单字节,h 表示双字节,w 表示四字节,g 表示八字节。当我们指定了字节长度后,GDB会从指内存定的内存地址开始,读写指定字节,并把其当作一个值取出来。
<addr>表示一个内存地址

(gdb) p/x m   (查看变量m的值)
$10 = 0xa
(gdb) p/x &m    (查看变量m的地址)
$11 = 0xbffff3d8
(gdb) x 0xbffff3d8 (根据内存地址查看其值)
0xbffff3d8:     0x0000000a
(gdb) x/4ub 0xbffff3d8 (查看此内存后4个单字节的值)
0xbffff3d8:     10      0       0       0
(gdb) x/2uh 0xbffff3d8    (查看此内存后2个双字节的值)
0xbffff3d8:     10      0

GDB环境变量设置与查看
1、GDB的环境变量和UNIX 一样,也是以$起头  
2、环境变量可以定义任一的类型。包括结构体和数组
3、查看当前所设置的所有的环境变量    show convenience
4、查看单一变量  p  $变量名  eg:p   $foo
eg: set $foo = 12  
      set $pp="abcdef"


查看寄存器的值
info registers 查看寄存器的情况。(除了浮点寄存器)
info all-registers 查看所有寄存器的情况。(包括浮点寄存器)
info registers <regname ...> 查看所指定的寄存器的情况。
p $寄存器名字    看看指定的寄存器的情况 eg: p $eip

9、改变程序的执行

1、修改变量值

使用GDB的 print 命令即可完成:eg  (gdb) print x=4【C/C++的语法,Pascal的语法:x:=4】
变量和GDB中的参数冲突,set var 命令来修改:eg  set var width=47

2、跳转执行

GDB 可以修改程序的执行顺序,可以让程序执行随意跳跃。
jump <linespec>
指定下一条语句的运行点。<linespce>可以是文件的行号,可以是 file:line 格式,可以是+num 这种偏移量格式
jump <address>
这里的<address>是代码行的内存地址。
注意,jump 命令不会改变当前的程序栈中的内容,所以,当你从一个函数跳到另一个函数时,当函数运行完返回时进行弹栈操作时必然会发生错误,可能结果还是非常奇怪的,甚至于产生程序 CoreDump。所以最好是同一个函数中进行跳转

3、产生信号

使用 singal 命令,可以产生一个信号量给被调试的程序
语法是:signal <singal>,UNIX 的系统信号量通常从1 到 15。所以<singal>取值也在这个范围
注意:single 命令和 shell 的 kill 命令不同,系统的 kill 命令发信号给被调试程序时,运行程序马上会被GDB停住,而single 命令所发出一信号则是直接发给被调试程序的

4、强制函数返回
return
return <expression>

使用 return 命令取消当前函数的执行,并立即返回,如果指定了<expression>,那么该表达式的值会
被认作函数的返回值。

5、强制调用函数

call <expr>
表达式中可以一是函数,以此达到强制调用函数的目的。并显示函数的返回值,如果函数返回值是
void,那么就不显示。

最后给大家推荐一本书:陈皓的《用GDB调试程序》。希望对大家有所帮助。

 

 

 

 

© 著作权归作者所有

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