第七根弦的技术博客

　　列位安好。简单总结下GDB调试器的使用。

准备

默认情况下，gcc/g++编译的可执行文件是不包含调试信息的，GDB是一个源代码级的调试器，使用GDB调试程序需要程序的源代码、符号及 其对应的行号等，其中符号和行号可以是单独的文件，亦可以在编译时嵌入到可执行文件中。使用gcc/g++时使用-g选项即可将必要的调试信息包含到可执 行文件中，使用-g3选项还可以将源代码中的宏信息也包含进去。
另外，调试过程中需要随时查看源代码，但源代码并没有包含到可执行文件中。通常GDB在当前目录查找源文件，但某些情况下（比如调试系统命令）需要手动指明源代码的查找目录，directory ~向GDB指明到$HOME下查找源文件。
  启动

GDB的启动很灵活，它的各种特性，你可以在Shell下通过选项和参数指定，也可以在GDB启动之后在GDB自己的命令行下使用GDB内置的 命令来指定。最常用的是直接使用命令gdb PROGRAM启动，这样gdb自动加载符号表等调试信息。若要向被调试程序传递参数，可以采用gdb –args program ARG1 ARG2的形式，其中–args(或者-args)是必须的，它告诉GDB该选项之后已经没有GDB需要的选项了。另外，还可以直接使用gdb启动，然后 使用file program加载调试信息。此时若要设置被调试程序的参数，可以使用set命令的args子命令，如set args ARG1 ARG2. 还有一种传递参数的方法，在下面介绍。

断点

调试程序，就是使用调试器（Debugger）通过检测和改变被调试程序（Debuggee）的状态、控制其执行的方式找出被调试程序中的错误 和潜在的bug。调试程序，观察程序当前的行为的前提是让程序在“适当的时候”暂停运，那么什么是适当的时候呢？使用GDB时，让程序暂停运行需要使用断 点。具体地，断点又可以分为普通断点（breakpoint以下简称断点），观察点（watchpoint），捕捉点（watchpoint）三类。
普通断点使用break命令（简写为b）设置。break命令的格式为break [bp-spec] [if CONDITION] [thread THREADNUM]，bp-spec指明断点设置的位置，可以是行号、函数名或者指令地址，如果bp-spec省略，则断点被设置在程序所要执行的下一 行代码（或者指令）上。if CONDITION指明当程序到达bp-spec位置时，只有CONDITION条件成立时程序才会暂停。thread THREADNUM用在多线程程序的调试中，断点只被设置在指定的线程号（GDB内部而不是系统使用的标号）为THREADNUM的线程上，如果 THREADNUM为all则所有线程都会被设置断点。补充下bp-spec可以是函数名b FUNCTIONNAME(重载函数名需要使用”包含才能自动补全)，可以是行号b LINENUMBER或者b FILENAME:LINENUMBER，还可以是指令地址b *ADDRESS。另外，break命令还有其它一些变种，比如tbreak设置临时断点，被使用一次就会自动删除，rbreak使用正则表达式来指明函 数名。
观察点使用watch命令，命令格式与break相同，但它并不是指明断点的位置，而是指明一个表达式，每当该表达式的值改变时，程序便会被暂停。表达式可以是某个变量、由若干变量组成的表达式或者内存地址。
捕捉点是另一种断点，它使用某种事件的发生作为触发条件，命令各式为catch EVENT。这些事件主要包括异常的抛出和捕获（catch throw/catch）和某个系统调用（catch fork/open/exec, catch syscall CALLNUM）。
查看当前的断点设置情况可以使用breakpoints，也可以使用info breakpoints（或者简写为i b）命令，查看某个断点使用breakpoints bpnum，bpnum为断点号。
使用enable/disable bpnum使某个断点生效和失效，delete bpnum删除断点。bpnum还可以是一个范围，以此批量操作断点，比如d 2-6删除断点2到6。
使用ignore bpnum COUNT还可以使某个断点被或略COUNT次，即是说断点bpnum的前COUNT次到达都不会被触发，知道COUNT递减至0。另外，在COUNT递减至0之前，该断点上的条件是不会被考虑的。
CONDITION bpnum [if condition]，修改bpnum上的触发条件，若if被省略，则bpnum断点上的条件将被删除。

运行

GDB启动和加载调试信息后，被调试程序并没有运行。使用run/r或者start命令，GDB建立子进程来运行被调试程序。run和 start命令稍有不同，即run仅仅加载程序然后运行，而start会在程序的入口函数（main）设置一个临时断点，程序运行到那里就会暂停，临时断 点也随即被清除。另外run和start命令后面都可以加上传递给被调试程序的参数，若不加参数则使用GDB启动时传递的参数或者使用set args命令设置的参数。若要清除参数而不退出GDB，使用不带参数的set args即可。
其它运行相关的命令还有

• continue/c，继续运行。
• next/n, 下一行，且不进入函数调用
• stop/s, 下一行，但进入函数调用
• ni或者si, 下一条指令，ni与si的区别同n与s的区别
• finish/fini, 继续运行至当前栈帧/函数刚刚退出
• until/u, 继续运行至某一行，在循环中时，u可以实现运行至循环刚刚退出，但这取决于循环的实现。

查看

调试的主要工作，我想就是检查程序的状态吧，内存的状态，程序的流程，指令的安排。GDB有多个命令来查看程序的状态，最常用的是list/l, print/p和x和disassemble。

• list linenum/function列出第linenum行或者function所在行附近的10行，list *address列出地址address附近的10行。
• list列出上一次list命令列出的代码后面的10行
• list -，列出上一次list命令列出的代码前的10行
• list列出的默认行数可由set listsize size来设置
• p /fmt VARIABLE根据fmt指定的格式打印变量VARIABLE的值，常用的fmt有d(decimal), u(unsigned), x(hex), o(octal), c(character), f(float), s(string)
• x /nfs ADDRESS是我最喜欢的命令，它显示ADDRESS地址开始的内容，形式由nfs指定。其中n为次数（个数），f是格式，除p命令可以使用的格式外， 还可以使用i(instruction)打印指令，s为所打印内容的大小，可以是b(byte), h(half word), w(word, 4bytes), g(8bytes). nfs均可省略，若省略则使用最近一次使用x命令时的值，最初nfs是1dw。
• disassemble /[r][m] [ADDRESS]将ADDRESS所在函数进行反汇编，ADDRESS也可以是一个由行号组成的区间。不指定任何选项时disas只简单的列出反汇编指 令，指定m(mixed)选项时会对应地列出指令和源代码，指定r(raw)时会打印出指令对应的十六进制编码。

退出

Ctrl-C会终止当前调试的程序（而不是调试器）。q(quit)退出GDB，若退出时被调试程序尚未结束，GDB会提示，请求确认。

其它

help

使用GDB的过程中，如果对某一个命令的用法不清楚，可以随时使用help/h寻求帮助。

info

info/i命令也是一个十分常用的GDB命令，可以查看许多信息。

• i program查看被调试程序的运行状态，如进程号、ip（指令指针）、是否运行、停止原因等。
• i b [bpnum]查看断点
• i f [frame-num]查看当前（或指定）栈帧，i f all还会列出当前栈帧的局部变量
• i line LINENUM查看代码行LINENUM，打印其指令地址，此命令后执行x/i可查看该地址处的指令，然后回车即可继续向后查看接下来的指令
• i reg查看寄存器状态，i all-reg查看包含浮点堆栈寄存器在内的所有寄存器情况
• i args查看当前栈帧的参数
• i s追踪栈帧信息，相当于backtrace/bt命令
• i threads查看当前进程的线程信息

回到过去

跟踪调试程序的过程中，偶尔会错过一些关键点，不得不重新启动程序。如果错过的这些关键点不容易再现，就更令人懊恼了。GDB提供一种机制可以 让你将程序向后调整，重新来过。这种机制叫做checkpoint，你可以在程序运行的关键点处执行checkpoint命令，你将得到一个数字 （check-num）来标识这个checkpoint。在以后的某个时刻使用restart check-num将程序回滚到设置该checkpoint的时刻，而此时此刻的“内存状态”恰如彼时彼刻，你可以重新调试这段程序（比如设置不同的变量 值来测试不同的情况）。但覆水难收的道理你是懂得，回滚的这段程序之间产生的内存之外的效应是无法恢复的，比如写出到文件的数据收不回来了（但文件的指针 偏移是可以恢复的，因为它的值保存在内存），通过网络发出的数据就更要不回来了。
使用i checkpoints可以查看checkpoint信息，比如check-num及其所处代码行。
据我揣测，GDB的这种“回到过去”的伎俩并不是逐步撤销之前运行的指令，而是在checkpoint命令执行的时候，把被调试程序fork/clone了。

多线程

调试多线程程序与普通程序没有太大的区别。

• i threads查看当前进程包含的线程的信息，包括线程号及其GDB内部标识号，当前处于前端的线程。
• thread thread-num切换到线程thread-num
• set scheduler-locking [on|off|step]，这是一个比较重要的选项，它控制这当前调试线程与其它线程的执行关系。设置为on时，其它线程不会抢占当前线程。设置为 off（默认）时，当前线程执行时随时可能被其它线程抢占。设置为step时，在执行step命令时不会被抢占，但使用next跳过函数调用时可以/可能 会被抢占，即调度器会被执行。

技巧

回车。在GDB命令行下，简单的回车会执行上一个命令。而且GDB命令中可以使用回车重复执行的都是有记忆的，如果使用回车，该命令就会根据上 一次的执行适当地调整参数重复执行。比如使用l func列出函数func附近的10行代码，接着回车就会打印接下来的10行。使用x/16xw ADDRESS以16进制形式查看ADDRESS处的16个字，接着回车就会以同样的格式打印接下来的16个字。如果你已经set $i=0了，那么通过p a[$i++]然后一直回车就可以依次打印数组a的元素了。x/i $eip打印下一条指令，接着回车就会打印下下一条指令，以此类推。但，有的指令是无法使用回车来重复执行的，比如run/start，总之，通常，你觉 得不能/不适合重复执行的命令就无法重复执行。
命令简写，有的命令名称较长甚至很长，但GDB允许用户只使用足以区别其它命令的前几个字符来执行命令，当然你也可以使用TAB自动补全。另外一些极 为常用的命令有专门的简写形式，通常只有一个字母，例如break/b, list/l, info/i, continue/c, next/n, step/s, nexti/ni, stepi/si, frame/f, print/p等等等等。
在GDB中可以自定义变量（仅供GDB内部使用），很多时候可以方便查看一些表达式的值。有的时候使用变量似乎是必须的，比如x *($esp)是不合法的，因为GDB不允许对寄存器变量进行解引用（dereference, but why?）。这时，设置变量set $p=*($esp)，然后x $p就可以了。

这只是一个小小的不完全的总结，如果你从未使用过GDB，推荐使用RMS的《Debugging with GDB》学习，还有一本小书《GDB Pocket Reference》，不妨做你的调试菜谱，如果你喜欢GDB的话。