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使用 GDB 调试 Linux 软件

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更多断点和观察点
由于我们想要知道在调用 wib() 函数之前 "value" 什么时候等于 "div",因此在上一示例中我们在第 21 行中设置断点。我们必须继续执行两次程序才会发生这种情况,但是只要在断点上设置一个条件就可以使 gdb 只在 "value" 与 "div" 真正相等时暂停。要设置条件,可以在定义断点时指定 "break if "。将 eg1 再次装入 gdb,并输入:


(gdb) break 21 if value==div
Breakpoint 1 at 0x8048428: file eg1.c, line 21.



如果已经在第 21 行中设置了断点,如 1 号断点,则可以使用 'condition' 命令来代替在断点上设置条件:


(gdb) condition 1 value==div



使用 'run' 运行 eg1.c 时,如果 "value" 等于 "div",gdb 将中断,从而避免了在它们相等之前必须手工执行 'continue'。调试 C 程序时,断点条件可以是任何有效的 C 表达式,一定要是程序所使用语言的任意有效表达式。条件中指定的变量必须在设置了断点的行中,否则表达式就没有什么意义!

使用 'condition' 命令时,如果指定断点编号但又不指定表达式,可以将断点设置成无条件断点,例如,'condition 1' 就将 1 号断点设置成无条件断点。

要查看当前定义了什么断点及其条件,请发出命令 'info break':


(gdb) info break
Num Type Disp Enb Address What
1 breakpoint keep y 0x08048428 in main at eg1.c:21
stop only if value == div
breakpoint already hit 1 time



除了所有条件和已经遇到断点多少次之外,断点信息还在 'Enb' 列中指定了是否启用该断点。可以使用命令 'disable '、'enable ' 或 'delete ' 来禁用、启用和彻底删除断点,例如 'disable 1' 将阻止在 1 号断点处中断。

如果我们对 "value" 什么时候变得与 "div" 相等更感兴趣,那么可以使用另一种断点,称作监视。当指定表达式的值改变时,监视点将中断程序执行,但必须在表达式中所使用的变量在作用域中时设置监视点。要获取作用域中的 "value" 和 "div",可以在 main 函数上设置断点,然后运行程序,当遇到 main() 断点时设置监视点。重新启动 gdb,并装入 eg1,然后输入:


(gdb) break main
Breakpoint 1 at 0x8048402: file eg1.c, line 15.
(gdb) run
...
Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0xbffff954) at eg1.c:15
15 value = 10;



要了解 "div" 何时更改,可以使用 'watch div',但由于要在 "div" 等于 "value" 时中断,那么应输入:


(gdb) watch div==value
Hardware watchpoint 2: div == value



如果继续执行,那么当表达式 "div==value" 的值从 0(假)变成 1(真)时,gdb 将中断:


(gdb) continue
Continuing.
Hardware watchpoint 2: div == value

Old value = 0
New value = 1
main (argc=1, argv=0xbffff954) at eg1.c:19
19 for(i = 0; i < 10; i++)



'info locals' 命令将验证 "value" 是否确实等于 "div"(再次声明,是 8)。

'info watch' 命令将列出已定义的监视点和断点(此命令等价于 'info break'),而且可以使用与断点相同的语法来启用、禁用和删除监视点。

core 文件
在 gdb 下运行程序可以使俘获错误变得更容易,但在调试器外运行的程序通常会中止而只留下一个 core 文件。gdb 可以装入 core 文件,并让您检查程序中止之前的状态。

在 gdb 外运行示例程序 eg1 将会导致核心信息转储:

$ ./eg1
Floating point exception (core dumped)



要使用 core 文件启动 gdb,在 shell 中发出命令 'gdb eg1 core' 或 'gdb eg1 -c core'。gdb 将装入 core 文件,eg1 的程序清单,显示程序是如何终止的,并显示非常类似于我们刚才在 gdb 下运行程序时看到的消息:


...
Core was generated by `./eg1'.
Program terminated with signal 8, Floating point exception.
...
#0 0x80483ea in wib (no1=8, no2=8) at eg1.c:7
7 result = no1 / diff;



此时,可以发出 'info locals'、'print'、'info args' 和 'list' 命令来查看引起除数为零的值。'info variables' 命令将打印出所有程序变量的值,但这要进行很长时间,因为 gdb 将打印 C 库和程序代码中的变量。为了更容易地查明在调用 wib() 的函数中发生了什么情况,可以使用 gdb 的堆栈命令。

堆栈跟踪
程序“调用堆栈”是当前函数之前的所有已调用函数的列表(包括当前函数)。每个函数及其变量都被分配了一个“帧”,最近调用的函数在 0 号帧中(“底部”帧)。要打印堆栈,发出命令 'bt'('backtrace' [回溯] 的缩写):


(gdb) bt
#0 0x80483ea in wib (no1=8, no2=8) at eg1.c:7
#1 0x8048435 in main (argc=1, argv=0xbffff9c4) at eg1.c:21



此结果显示了在 main() 的第 21 行中调用了函数 wib()(只要使用 'list 21' 就能证实这一点),而且 wib() 在 0 号帧中,main() 在 1 号帧中。由于 wib() 在 0 号帧中,那么它就是执行程序时发生算术错误的函数。

实际上,发出 'info locals' 命令时,gdb 会打印出当前帧中的局部变量,缺省情况下,这个帧中的函数就是被中断的函数(0 号帧)。可以使用命令 'frame' 打印当前帧。要查看 main 函数(在 1 号帧中)中的变量,可以发出 'frame 1' 切换到 1 号帧,然后发出 'info locals' 命令:


(gdb) frame 1
#1 0x8048435 in main (argc=1, argv=0xbffff9c4) at eg1.c:21
21 result = wib(value, div);
(gdb) info locals
value = 8
div = 8
result = 4
i = 2
total = 6



此信息显示了在第三次执行 "for" 循环时(i 等于 2)发生了错误,此时 "value" 等于 "div"。

可以通过如上所示在 'frame' 命令中明确指定号码,或者使用 'up' 命令在堆栈中上移以及 'down' 命令在堆栈中下移来切换帧。要获取有关帧的进一步信息,如它的地址和程序语言,可以使用命令 'info frame'。

gdb 堆栈命令可以在程序执行期间使用,也可以在 core 文件中使用,因此对于复杂的程序,可以在程序运行时跟踪它是如何转到函数的。

连接到其它进程
除了调试 core 文件或程序之外,gdb 还可以连接到已经运行的进程(它的程序已经过编译,并加入了调试信息),并中断该进程。只需用希望 gdb 连接的进程标识替换 core 文件名就可以执行此操作。以下是一个执行循环并睡眠的示例程序:

eg2 示例代码
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
int i;
for(i = 0; i < 60; i++)
{
sleep(1);
}

return 0;
}




使用 'gcc -g eg2.c -o eg2' 编译该程序并使用 './eg2 &' 运行该程序。请留意在启动该程序时在背景上打印的进程标识,在本例中是 1283:

./eg2 &
[3] 1283



启动 gdb 并指定进程标识,在我举的这个例子中是 'gdb eg2 1283'。gdb 会查找一个叫作 "1283" 的 core 文件。如果没有找到,那么只要进程 1283 正在运行(在本例中可能在 sleep() 中),gdb 就会连接并中断该进程:


...
/home/seager/gdb/1283: No such file or directory.
Attaching to program: /home/seager/gdb/eg2, Pid 1283
...
0x400a87f1 in __libc_nanosleep () from /lib/libc.so.6
(gdb)



此时,可以发出所有常用 gdb 命令。可以使用 'backtrace' 来查看当前位置与 main() 的相对关系,以及 mian() 的帧号是什么,然后切换到 main() 所在的帧,查看已经在 "for" 循环中运行了多少次:

(gdb) backtrace
#0 0x400a87f1 in __libc_nanosleep () from /lib/libc.so.6
#1 0x400a877d in __sleep (seconds=1) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/sleep.c:78
#2 0x80483ef in main (argc=1, argv=0xbffff9c4) at eg2.c:7
(gdb) frame 2
#2 0x80483ef in main (argc=1, argv=0xbffff9c4) at eg2.c:7
7 sleep(1);
(gdb) print i
$1 = 50



如果已经完成了对程序的修改,可以 'detach' 命令继续执行程序,或者 'kill' 命令杀死进程。还可以首先使用 'file eg2' 装入文件,然后发出 'attach 1283' 命令连接到进程标识 1283 下的 eg2。

其它小技巧
gdb 可以让您通过使用 shell 命令在不退出调试环境的情况下运行 shell 命令,调用形式是 'shell [commandline]',这有助于在调试时更改源代码。

最后,在程序运行时,可以使用 'set ' 命令修改变量的值。在 gdb 下再次运行 eg1,使用命令 'break 7 if diff==0' 在第 7 行(将在此处计算结果)设置条件断点,然后运行程序。当 gdb 中断执行时,可以将 "diff" 设置成非零值,使程序继续运行直至结束:


Breakpoint 1, wib (no1=8, no2=8) at eg1.c:7
7 result = no1 / diff;
(gdb) print diff
$1 = 0
(gdb) set diff=1
(gdb) continue
Continuing.
0 wibed by 16 equals 10

Program exited normally.



结束语
GNU 调试器是所有程序员工具库中的一个功能非常强大的工具。在本文中,我只介绍了 gdb 的一小部分功能。要了解更多知识,建议您阅读 GNU 调试器手册。

 
 

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