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5個(gè)鮮為人知GNU調(diào)試器（GDB）技巧

作者：Tim Waugh
開(kāi)發(fā) 開(kāi)發(fā)工具
GNU 調(diào)試器（gdb）是一種寶貴的工具，可用于在開(kāi)發(fā)程序時(shí)檢查正在運(yùn)行的進(jìn)程并解決問(wèn)題。

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了解如何使用 gdb 的一些鮮為人知的功能來(lái)檢查和修復(fù)代碼。

GNU 調(diào)試器（gdb）是一種寶貴的工具，可用于在開(kāi)發(fā)程序時(shí)檢查正在運(yùn)行的進(jìn)程并解決問(wèn)題。

你可以在特定位置（按函數(shù)名稱、行號(hào)等）設(shè)置斷點(diǎn)、啟用和禁用這些斷點(diǎn)、顯示和更改變量值，并執(zhí)行所有調(diào)試器希望執(zhí)行的所有標(biāo)準(zhǔn)操作。但是它還有許多其它你可能沒(méi)有嘗試過(guò)的功能。這里有五個(gè)你可以嘗試一下。

條件斷點(diǎn)

設(shè)置斷點(diǎn)是學(xué)習(xí)使用 GNU 調(diào)試器的第一步。程序在達(dá)到斷點(diǎn)時(shí)停止，你可以運(yùn)行 gdb 的命令對(duì)其進(jìn)行檢查或更改變量，然后再允許該程序繼續(xù)運(yùn)行。

例如，你可能知道一個(gè)經(jīng)常調(diào)用的函數(shù)有時(shí)會(huì)崩潰，但僅當(dāng)它獲得某個(gè)參數(shù)值時(shí)才會(huì)崩潰。你可以在該函數(shù)的開(kāi)始處設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn)并運(yùn)行程序。每次碰到該斷點(diǎn)時(shí)都會(huì)顯示函數(shù)參數(shù)，并且如果未提供觸發(fā)崩潰的參數(shù)值，則可以繼續(xù)操作，直到再次調(diào)用該函數(shù)為止。當(dāng)這個(gè)惹了麻煩的參數(shù)觸發(fā)崩潰時(shí)，你可以單步執(zhí)行代碼以查看問(wèn)題所在。

  1. (gdb) break sometimes_crashes
  2. Breakpoint 1 at 0x40110e: file prog.c, line 5.
  3. (gdb) run
  4. [...]
  5. Breakpoint 1, sometimes_crashes (f=0x7fffffffd1bc) at prog.c:5
  6. 5      fprintf(stderr,
  7. (gdb) continue
  8. Breakpoint 1, sometimes_crashes (f=0x7fffffffd1bc) at prog.c:5
  9. 5      fprintf(stderr,
  10. (gdb) continue

為了使此方法更具可重復(fù)性，你可以在你感興趣的特定調(diào)用之前計(jì)算該函數(shù)被調(diào)用的次數(shù)，并在該斷點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器（例如，continue 30 以使其在接下來(lái)的 29 次到達(dá)該斷點(diǎn)時(shí)忽略它）。

但是斷點(diǎn)真正強(qiáng)大的地方在于它們?cè)谶\(yùn)行時(shí)評(píng)估表達(dá)式的能力，這使你可以自動(dòng)化這種測(cè)試。

  1. break [LOCATION] if CONDITION
  2.  
  3. (gdb) break sometimes_crashes if !f
  4. Breakpoint 1 at 0x401132: file prog.c, line 5.
  5. (gdb) run
  6. [...]
  7. Breakpoint 1, sometimes_crashes (f=0x0) at prog.c:5
  8. 5      fprintf(stderr,
  9. (gdb)

條件斷點(diǎn)使你不必讓 gdb 每次調(diào)用該函數(shù)時(shí)都去問(wèn)你要做什么，而是讓條件斷點(diǎn)僅在特定表達(dá)式的值為 true 時(shí)才使 gdb 停止在該位置。如果執(zhí)行到達(dá)條件斷點(diǎn)的位置，但表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果為 false，調(diào)試器會(huì)自動(dòng)使程序繼續(xù)運(yùn)行，而無(wú)需詢問(wèn)用戶該怎么做。

斷點(diǎn)命令

GNU 調(diào)試器中斷點(diǎn)的一個(gè)甚至更復(fù)雜的功能是能夠編寫對(duì)到達(dá)斷點(diǎn)的響應(yīng)的腳本。斷點(diǎn)命令使你可以編寫一系列 GNU 調(diào)試器命令，以在到達(dá)該斷點(diǎn)時(shí)運(yùn)行。

我們可以使用它來(lái)規(guī)避在 sometimes_crashes 函數(shù)中我們已知的錯(cuò)誤，并在它提供空指針時(shí)使其無(wú)害地從該函數(shù)返回。

我們可以使用 silent 作為第一行，以更好地控制輸出。否則，每次命中斷點(diǎn)時(shí)，即使在運(yùn)行斷點(diǎn)命令之前，也會(huì)顯示堆棧幀。

  1. (gdb) break sometimes_crashes
  2. Breakpoint 1 at 0x401132: file prog.c, line 5.
  3. (gdb) commands 1
  4. Type commands for breakpoint(s) 1, one per line.
  5. End with a line saying just "end".
  6. >silent
  7. >if !f
  8.  >frame
  9.  >printf "Skipping call\n"
  10.  >return 0
  11.  >continue
  12.  >end
  13. >printf "Continuing\n"
  14. >continue
  15. >end
  16. (gdb) run
  17. Starting program: /home/twaugh/Documents/GDB/prog
  18. warning: Loadable section ".note.gnu.property" outside of ELF segments
  19. Continuing
  20. Continuing
  21. Continuing
  22. #0  sometimes_crashes (f=0x0) at prog.c:5
  23. 5      fprintf(stderr,
  24. Skipping call
  25. [Inferior 1 (process 9373) exited normally]
  26. (gdb)

轉(zhuǎn)儲(chǔ)二進(jìn)制內(nèi)存

GNU 調(diào)試器內(nèi)置支持使用 x 命令以各種格式檢查內(nèi)存，包括八進(jìn)制、十六進(jìn)制等。但是我喜歡并排看到兩種格式：左側(cè)為十六進(jìn)制字節(jié)，右側(cè)為相同字節(jié)表示的 ASCII 字符。

當(dāng)我想逐字節(jié)查看文件的內(nèi)容時(shí)，經(jīng)常使用 hexdump -C（hexdump 來(lái)自 util-linux 軟件包）。這是 gdb 的 x 命令顯示的十六進(jìn)制字節(jié)：

  1. (gdb) x/33xb mydata
  2. 0x404040 <mydata>   :    0x02    0x01    0x00    0x02    0x00    0x00    0x00    0x01
  3. 0x404048 <mydata+8> :    0x01    0x47    0x00    0x12    0x61    0x74    0x74    0x72
  4. 0x404050 <mydata+16>:    0x69    0x62    0x75    0x74    0x65    0x73    0x2d    0x63
  5. 0x404058 <mydata+24>:    0x68    0x61    0x72    0x73    0x65    0x75    0x00    0x05
  6. 0x404060 <mydata+32>:    0x00

如果你想讓 gdb 像 hexdump 一樣顯示內(nèi)存怎么辦？這是可以的，實(shí)際上，你可以將這種方法用于你喜歡的任何格式。

通過(guò)使用 dump 命令以將字節(jié)存儲(chǔ)在文件中，結(jié)合 shell 命令以在文件上運(yùn)行 hexdump 以及define 命令，我們可以創(chuàng)建自己的新的 hexdump 命令來(lái)使用 hexdump 顯示內(nèi)存內(nèi)容。

  1. (gdb) define hexdump
  2. Type commands for definition of "hexdump".
  3. End with a line saying just "end".
  4. >dump binary memory /tmp/dump.bin $arg0 $arg0+$arg1
  5. >shell hexdump -C /tmp/dump.bin
  6. >end

這些命令甚至可以放在 ~/.gdbinit 文件中，以永久定義 hexdump 命令。以下是它運(yùn)行的例子：

  1. (gdb) hexdump mydata sizeof(mydata)
  2. 00000000  02 01 00 02 00 00 00 01  01 47 00 12 61 74 74 72  |.........G..attr|
  3. 00000010  69 62 75 74 65 73 2d 63  68 61 72 73 65 75 00 05  |ibutes-charseu..|
  4. 00000020  00                                                |.|
  5. 00000021

行內(nèi)反匯編

有時(shí)你想更多地了解導(dǎo)致崩潰的原因，而源代碼還不夠。你想查看在 CPU 指令級(jí)別發(fā)生了什么。

disassemble 命令可讓你查看實(shí)現(xiàn)函數(shù)的 CPU 指令。但是有時(shí)輸出可能很難跟蹤。通常，我想查看與該函數(shù)源代碼的特定部分相對(duì)應(yīng)的指令。為此，請(qǐng)使用 /s 修飾符在反匯編中包括源代碼行。

  1. (gdb) disassemble/s main
  2. Dump of assembler code for function main:
  3. prog.c:
  4. 11    {
  5.    0x0000000000401158 <+0>:    push   %rbp
  6.    0x0000000000401159 <+1>:    mov      %rsp,%rbp
  7.    0x000000000040115c <+4>:    sub      $0x10,%rsp
  8.  
  9. 12      int n = 0;
  10.    0x0000000000401160 <+8>:    movl   $0x0,-0x4(%rbp)
  11.  
  12. 13      sometimes_crashes(&n);
  13.    0x0000000000401167 <+15>:    lea     -0x4(%rbp),%rax
  14.    0x000000000040116b <+19>:    mov     %rax,%rdi
  15.    0x000000000040116e <+22>:    callq  0x401126 <sometimes_crashes>
  16. [...snipped...]

這里，用 info 寄存器查看所有 CPU 寄存器的當(dāng)前值，以及用如 stepi 這樣命令一次執(zhí)行一條指令，可以使你對(duì)程序有了更詳細(xì)的了解。

反向調(diào)試

有時(shí)，你希望自己可以逆轉(zhuǎn)時(shí)間。想象一下，你已經(jīng)達(dá)到了變量的監(jiān)視點(diǎn)。監(jiān)視點(diǎn)像是一個(gè)斷點(diǎn)，但不是在程序中的某個(gè)位置設(shè)置，而是在表達(dá)式上設(shè)置（使用 watch 命令）。每當(dāng)表達(dá)式的值更改時(shí)，執(zhí)行就會(huì)停止，并且調(diào)試器將獲得控制權(quán)。

想象一下你已經(jīng)達(dá)到了這個(gè)監(jiān)視點(diǎn)，并且由該變量使用的內(nèi)存已更改了值。事實(shí)證明，這可能是由更早發(fā)生的事情引起的。例如，內(nèi)存已釋放，現(xiàn)在正在重新使用。但是它是何時(shí)何地被釋放的呢？

GNU 調(diào)試器甚至可以解決此問(wèn)題，因?yàn)槟憧梢苑聪蜻\(yùn)行程序！

它通過(guò)在每個(gè)步驟中仔細(xì)記錄程序的狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的，以便可以恢復(fù)以前記錄的狀態(tài)，從而產(chǎn)生時(shí)間倒流的錯(cuò)覺(jué)。

要啟用此狀態(tài)記錄，請(qǐng)使用 target record-full 命令。然后，你可以使用一些聽(tīng)起來(lái)不太可行的命令，例如：

  • reverse-step，倒退到上一個(gè)源代碼行
  • *reverse-next，它倒退到上一個(gè)源代碼行，向后跳過(guò)函數(shù)調(diào)用
  • reverse-finish，倒退到當(dāng)前函數(shù)即將被調(diào)用的時(shí)刻
  • reverse-continue，它返回到程序中的先前狀態(tài)，該狀態(tài)將（現(xiàn)在）觸發(fā)斷點(diǎn)（或其他導(dǎo)致斷點(diǎn)停止的狀態(tài)）

這是運(yùn)行中的反向調(diào)試的示例：

  1. (gdb) b main
  2. Breakpoint 1 at 0x401160: file prog.c, line 12.
  3. (gdb) r
  4. Starting program: /home/twaugh/Documents/GDB/prog
  5. [...]
  6.  
  7. Breakpoint 1, main () at prog.c:12
  8. 12      int n = 0;
  9. (gdb) target record-full
  10. (gdb) c
  11. Continuing.
  12.  
  13. Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
  14. 0x0000000000401154 in sometimes_crashes (f=0x0) at prog.c:7
  15. 7      return *f;
  16. (gdb) reverse-finish
  17. Run back to call of #0  0x0000000000401154 in sometimes_crashes (f=0x0)
  18.         at prog.c:7
  19. 0x0000000000401190 in main () at prog.c:16
  20. 16      sometimes_crashes(0);

這些只是 GNU 調(diào)試器可以做的一些有用的事情。還有更多有待發(fā)現(xiàn)。 

責(zé)任編輯：龐桂玉 來(lái)源： Linux中國(guó)
GNU調(diào)試器GDB修復(fù)代碼
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