Linux GDB 调试

1  调试信息和调试原理

　　通常要调试某个程序，为了能清晰地看到调试的每一行代码、调用的堆栈信息、变量名和函数名等信息，须要调试程序含有调试符号信息。使用 gcc 编译程序时，若是加上 -g 选项便可在编译后的程序中保留调试符号信息。如下命令将生成一个带调试信息的程序 hello_world。

gdb -g -o hello_world hello_world.c

固然咱们能够经过gdb来判断程序是否带有调试信息：

gdb hello_world　

若是gdb 加载成功之后，会显示以下信息：

Reading symbols from /root/testclient/hello_server...done

咱们也可使用 Linux 的 strip 命令移除掉某个程序中的调试信息。

strip hello_world

调试时建议关闭编译器的程序优化选项，由于程序优化后调试显示的代码和实际代码可能就会有差别了，这会给排查问题带来困难。

gdb -g -O0 hello_world world_world.c

　　

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2  启动GDB调试

2.1  直接调试目标程序

gdb hello_world   // gdb + 程序名

2.2  附加进程

当一个程序已经启动，咱们想调试这个程序，但又不想重启这个程序时，能够经过使用 gdb attach 进程ID 来将gdb调试器附加到想要调试的程序上。

gdb attach 进程ID

当⽤ gdb attach 上⽬标进程后，调试器会暂停下来，此时可使⽤ continue 命令让程序继续运⾏，或者加上相应的断点再继续运⾏程序。当调试完程序想结束这次调试时，⽽且不对当前进程有任何影响，能够在 GDB 的命令⾏界⾯输⼊ detach 命令 让程序与 GDB 调试器分离。

（gdb)  detach

2.3  调试core文件

Linux 系统默认是不开启程序崩溃产⽣ core ⽂件这⼀机制的，咱们可使⽤ ulimit -c 命令来查看系统是否开启了这⼀机制。使用ulimit -c unlimited 直接将core文件的大小修改为不限制大小。而后就能够经过如下命令调试core文件:

gdb filename corename

经过调试core文件能够看到程序崩溃的地方，使用bt命令查看崩溃时的调用堆栈，进一步分析找到崩溃的缘由。当有多个程序崩溃时，有时很难经过core文件的名称来判断对应的core文件。咱们能够本身修改core文件的名称来解决该问题。经过修改/proc/sys/kernel/core_uses_pid 能够控制产生的 core 文件的文件名，修改方式以下：

echo "/corefile/core-%e-%p-%t" > /proc/sys/kernel/core_pattern

 文件名各个参数的说明以下：

参数名称	参数含义（中文）
%p	添加 pid 到 core 文件名中
%u	添加当前 uid 到 core 文件名中
%g	添加当前 gid 到 core 文件名中
%s	添加致使产生 core 的信号到 core 文件名中
%t	添加 core 文件生成时间（UNIX）到 core 文件名中
%h	添加主机名到 core 文件名中
%e	添加程序名到 core 文件名中

假设如今的程序叫 test，咱们设置该程序崩溃时的 core 文件名以下：

echo "/root/testcore/core-%e-%p-%t" > /proc/sys/kernel/core_pattern 

那么最终会在 /root/testcore/ 目录下生成的 test 的 core 文件名格式以下：

-rw-------. 1 root root 409600 Jan 14 13:54 core-test-13154-1547445291  

 

3  GDB经常使用调试命令

命令名称	命令缩写	命令说明
run	r	运行一个程序
continue	c	让暂停的程序继续运行
next	n	运行到下一行
step	s	若是有调用函数，进入调用的函数内部，至关于 step into
until	u	运行到指定行停下来
finish	fi	结束当前调用函数，到上一层函数调用处
return	return	结束当前调用函数并返回指定值，到上一层函数调用处
jump	j	将当前程序执行流跳转到指定行或地址
print	p	打印变量或寄存器值
backtrace	bt	查看当前线程的调用堆栈
frame	f	切换到当前调用线程的指定堆栈，具体堆栈经过堆栈序号指定
thread	thread	切换到指定线程
break	b	添加断点
tbreak	tb	添加临时断点
delete	del	删除断点
enable	enable	启用某个断点
disable	disable	禁用某个断点
watch	watch	监视某一个变量或内存地址的值是否发生变化
list	l	显示源码
info	info	查看断点 / 线程等信息
ptype	ptype	查看变量类型
disassemble	dis	查看汇编代码
set args		设置程序启动命令行参数
show args		查看设置的命令行参数

 

3.1  run 命令

前面说的 gdb filename 命令只是附加的一个调试文件，并无启动这个程序，须要输⼊ run 命令（简写为 r）启动这个程序。

 

3.2  continue 命令

当 GDB 触发断点或者使⽤ Ctrl + C 命令中断下来后，想让程序继续运⾏，只要输⼊ continue 命令便可（简写为 c）。

 

3.3  break 命令

break 命令（简写为 b）即咱们添加断点的命令，可使⽤如下⽅式添加断点：

• break functionname，在函数名为 functionname 的⼊⼝处添加⼀个断点；
• break LineNo，在当前⽂件⾏号为 LineNo 处添加⼀个断点；
• break filename:LineNo，在 filename ⽂件⾏号为 LineNo 处添加⼀个断点。

3.4  backtrace 与 frame 命令

backtrace 命令（简写为 bt）⽤来查看当前调⽤堆栈。查看调用的堆栈信息后可使⽤ frame + 堆栈编号 命令（简写为 f），切换⾄指定堆栈顶部。

 

3.5  info break、 enable、 disable 和 delete 命令

在程序中加了不少断点，⽽咱们想查看加了哪些断点时，可使⽤ info break 命令（简写为 info b）。

(gdb) info b
Num Type Disp Enb Address What
1 breakpoint keep y 0x0000000000423450 in main at server.c:3709 breakpoint already hit 1 time
2 breakpoint keep y 0x000000000049c1f0 in _redisContextConnectTcp at net.c:267

　　由上面的内容片断能够知道，目前一共增长了2个断点，断点1触发1次，断点2未触发过。咱们想禁⽤某个断点时，使⽤“ disable 断点编号 ”就能够禁⽤这个断点了，同理，被禁⽤的断点也可使⽤“ enable 断点编号 ”从新启⽤。使⽤“delete 编号”能够删除某个断点，若是输⼊ delete 不加命令号，则表示删除全部断点。

 

3.6  list命令

　　第⼀次输⼊ list 命令会显示断点处先后的代码，继续输⼊ list 指令会以递增⾏号的形式继续显示剩下的代码⾏，⼀直到⽂件结束为⽌。固然 list 指令还能够往前和日后显示代码，命令分别是“list + （加号） ”和“list - （减号） ”。

 

3.7  print 和 ptype 命令

　　经过 print + 变量名 能够打印出指定变量的值，print 命令也能够显示进⾏⼀定运算的表达式计算结果值，甚⾄能够显示⼀些函数的执⾏结果值。举个例子，咱们可使用 p a+b+c 来打印这三个变量的结果值；也可使用 p func() 命令输出一个可执行函数 func() 的执行结果。

　　print 命令不只能够输出表达式结果，同时也能够修改变量的值，咱们尝试将端⼝号从 6379 改为 6400 试试：

(gdb) p server.port=6400
$24 = 6400
(gdb) p server.port
$25 = 6400
(gdb)

　　ptype 命令，其含义是“print type”，就是输出⼀个变量的类型。

 

3.8  info thread 和 info args命令

⽤ info thread命令来查看当前进程有哪些线程，分别中断在何处。

(gdb) info thread
Id Target Id Frame
4 Thread 0x7fffef7fd700 (LWP 53065) "redis-server" 0x00007ffff76c4945 in pthread_cond_wait@@GLIBC_2.3.2 () from /lib64/libpthread.so.0
3 Thread 0x7fffefffe700 (LWP 53064) "redis-server" 0x00007ffff76c4945 in pthread_cond_wait@@GLIBC_2.3.2 () from /lib64/libpthread.so.0
2 Thread 0x7ffff07ff700 (LWP 53063) "redis-server" 0x00007ffff76c4945 in pthread_cond_wait@@GLIBC_2.3.2 () from /lib64/libpthread.so.0
* 1 Thread 0x7ffff7fec780 (LWP 53062) "redis-server" 0x00007ffff73ee923 in epoll_wait () from /lib64/libc.so.6

 　　经过 info thread 的输出能够知道 redis-server 正常启动后，⼀共产⽣了 4 个线程，包括⼀个主线程和三个⼯做线程，线程编号（Id 那⼀列）分别是 四、 三、 二、 1。三个⼯做线程（二、 三、 4）分别阻塞在 Linux API pthread_cond_wait 处，⽽主线程（1）阻塞在 epoll_wait 处。当有多个线程时，咱们可使用 backtrace 命令查看调用堆栈，经过过堆栈判断 GDB 做用在哪一个线程上面。如何切换到其余线程呢？能够经过“thread 线程编号”切换到具体的线程上去。例如，想切换到线程 2 上去，只要输⼊ thread 2 便可。

 　　info 命令还能够⽤来查看当前函数的参数值，组合命令是 info args。

 

3.9  next、 step、 util、 finish 和 return 命令

　　next 命令（简写为n）是让 GDB 调到下⼀条命令去执⾏，这⾥的下⼀条命令不⼀定是代码的下⼀⾏，⽽是根据程序逻辑跳转到相应的位置。这⾥有⼀个⼩技巧，在 GDB 命令⾏界⾯若是直接按下回⻋键，默认是将最近⼀条命令从新执⾏⼀遍，所以，当使⽤ next 命令单步调试时，没必要反复输⼊ n 命令，直接回⻋就能够了。

　　step 命令（简写为 s）就是“单步步⼊”（step into），顾名思义，就是遇到函数调⽤，进⼊函数内部。

　　finish 命令会执⾏函数到正常退出该函数；⽽ return 命令是⽴即结束执⾏当前函数并返回，也就是说，若是当前函数还有剩余的代码未执⾏完毕，也不会执⾏了。

　　until 命令（简写为 u）能够指定程序运⾏到某⼀⾏停下来。好比直接输入 u 1888，就能够快速执行完中间的内容，直接跳到1888行。固然也可使用断点的方式，可是使用until命令会更便捷。

 

3.10  set args 和 show args 命令

　　不少程序须要咱们传递命令⾏参数。在 GDB 调试中，不少⼈会以为可使⽤ gdb filename args 这种形式来给 GDB 调试的程序传递命令⾏参数，这样是不⾏的。正确的作法是在⽤ GDB 附加程序后，在使⽤ run 命令以前，使⽤“ set args 参数内容 ”来设置命令⾏参数

　　若是单个命令⾏参数之间含有空格，可使⽤引号将参数包裹起来。

(gdb) set args "999 xx" "hu jj"
(gdb) show args
Argument list to give program being debugged when it is started is ""999 xx" "hu j
j"".
(gdb) 

　　若是想清除掉已经设置好的命令⾏参数，使⽤ set args 不加任何参数便可。

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

 

3.11  tbreak 命令

　　tbreak 命令也是添加⼀个断点，第⼀个字⺟“t”的意思是 temporarily（临时的），也就是说这个命令加的断点是临时的，所谓临时断点，就是⼀旦该断点触发⼀次后就会⾃动删除。添加断点的⽅法与上⾯介绍的 break命令⼀模⼀样，这⾥再也不赘述。

 

3.12  watch 命令

　　watch 命令是⼀个强⼤的命令，它能够⽤来监视⼀个变量或者⼀段内存，当这个变量或者该内存处的值发⽣变化时， GDB 就会中断下来。被监视的某个变量或者某个内存地址会产⽣⼀个 watch point（观察点）。

 

3.13  display 命令

　　display 命令监视的变量或者内存地址，每次程序中断下来都会⾃动输出这些变量或内存的值。例如，假设程序有⼀些全局变量，每次断点停下来我都但愿 GDB 能够⾃动输出这些变量的最新值，那么使⽤“ display变量名 ”设置便可。

 

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4  GDB 调试技巧

4.1  将 print 打印结果显示完整

　　当使⽤ print 命令打印⼀个字符串或者字符数组时，若是该字符串太⻓， print 命令默认显示不全的，咱们能够经过在 GDB 中输⼊ set print element 0 命令设置⼀下，这样再次使⽤ print 命令就能完整地显示该变量的全部字符串了。

 

4.2  让被 GDB 调试的程序接收信号

void prog_exit(int signo)
{
    std::cout << "program recv signal [" << signo << "] to exit." << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    //设置信号处理
    signal(SIGCHLD, SIG_DFL);
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    signal(SIGINT, prog_exit);
    signal(SIGTERM, prog_exit);
    int ch;
    bool bdaemon = false;
    while ((ch = getopt(argc, argv, "d")) != -1)
　　{
　　　　switch (ch)
　　　　{
　　　　　　case 'd':
　　　　　　bdaemon = true;
　　　　　　break;
　　　　}
　　}
　　if (bdaemon)
　　daemon_run();
　　//省略⽆关代码...
}

　　在这个程序中，咱们接收到 Ctrl + C 信号（对应信号 SIGINT）时会简单打印⼀⾏信息，⽽当⽤ GDB 调试这个程序时，因为 Ctrl + C 默认会被 GDB 接收到（让调试器中断下来），致使⽆法模拟程序接收这⼀信号。解决这个问题有两种⽅式：在 GDB 中使⽤ signal 函数⼿动给程序发送信号，这⾥就是 signal SIGINT；改变 GDB 信号处理的设置，经过 handle SIGINT nostop print 告诉 GDB 在接收到 SIGINT 时不要停⽌，并把该信号传递给调试⽬标程序 。

(gdb) handle SIGINT nostop print pass
SIGINT is used by the debugger.
Are you sure you want to change it? (y or n) y
Signal Stop Print Pass to program Description
SIGINT No Yes Yes Interrupt
(gdb)

 

4.3  多线程下禁⽌线程切换

假设如今有 5 个线程，除了主线程，⼯做线程都是下⾯这样的⼀个函数：

void thread_proc(void* arg)
{
　　//代码⾏1
　　//代码⾏2
　　//代码⾏3
　　//代码⾏4
　　//代码⾏5
　　//代码⾏6
　　//代码⾏7
　　//代码⾏8
　　//代码⾏9
　　//代码⾏10
　　//代码⾏11
　　//代码⾏12
　　//代码⾏13
　　//代码⾏14
　　//代码⾏15
}

　　为了能说清楚这个问题，咱们把四个⼯做线程分别叫作 A、 B、 C、 D。假设 GDB 当前正在处于线程 A 的代码⾏ 3 处，此时输⼊ next 命令，咱们指望的是调试器跳到代码⾏ 4 处；或者使⽤“u 代码⾏10”，那么咱们指望输⼊ u 命令后调试器能够跳转到代码⾏ 10 处。可是在实际状况下， GDB 可能会跳转到代码⾏ 1 或者代码⾏ 2 处，甚⾄代码⾏ 1三、代码⾏ 14 这样的地⽅也是有可能的，这不是调试器 bug，这是多线程程序的特色，当咱们从代码⾏ 4 处让程序 continue 时，线程A 虽然会继续往下执⾏，可是若是此时系统的线程调度将 CPU 时间⽚切换到线程 B、 C 或者 D 呢？那么程序最终停下来的时候，处于代码⾏ 1 或者代码⾏ 2 或者其余地⽅就不奇怪了，⽽此时打印相关的变量值，可能就不是咱们须要的线程 A 的相关值。

　　 为了解决调试多线程程序时出现的这种问题， GDB 提供了⼀个在调试时将程序执⾏流锁定在当前调试线程的命令： set scheduler-locking on。固然也能够关闭这⼀选项，使⽤ set scheduler-locking off。

 

4.4  条件断点

所谓条件断点，就是满⾜某个条件才会触发的断点，这⾥先举⼀个直观的例⼦

void do_something_func(int i)
{
　　i ++;
　　i = 100 * i;
}
int main()
{
　　for(int i = 0; i < 10000; ++i)
　　{
　　　　do_something_func(i);
　　}
　　return 0;
}

　　在上述代码中，假如咱们但愿当变量 i=5000 时，进⼊ do_something_func() 函数追踪⼀下这个函数的执⾏细节。添加条件断点的命令是 break [lineNo] if [condition]，其中 lineNo 是程序触发断点后须要停下的位置， condition 是断点触发的条件。这⾥能够写成 break 11 if i==5000，其中， 11 就是调⽤ do_something_fun() 函数所在的⾏号。固然这⾥的⾏号必须是合理⾏号，若是⾏号⾮法或者⾏号位置不合理也不会触发这个断点。

 

4.5  使⽤ GDB 调试多进程程序

　　在实际的应⽤中，若有这样⼀类程序，如 Nginx，对于客户端的链接是采⽤多进程模型，当 Nginx 接受客户端链接后，建立⼀个新的进程来处理这⼀路链接上的信息来往，新产⽣的进程与原进程互为⽗⼦关系，那么如何⽤ GDB 调试这样的⽗⼦进程呢？⼀般有两种⽅法：⽤ GDB 先调试⽗进程，等⼦进程 fork 出来后，使⽤ gdb attach 到⼦进程上去，固然这须要从新开启⼀个 session 窗⼝⽤于调试， gdb attach 的⽤法在前⾯已经介绍过了；GDB 调试器提供了⼀个选项叫 follow-fork，可使⽤ show follow-fork mode 查看当前值，也能够经过set follow-fork mode 来设置是当⼀个进程 fork 出新的⼦进程时， GDB 是继续调试⽗进程仍是⼦进程取值是 child），默认是⽗进程（ 取值是 parent）。