[系统运维]【GDB调试-1】认识GDB

一、GDB是什么？

GDB是GUN项目的调试器，允许查看正在执行的程序里面在做什么，或者是程序崩溃的瞬间在做些什么。

GDB可以完成如下四种功能，在这些功能的基础上也可以做其他的事情：

• 启动程序，按照指定的方式运行
• 让程序在指定条件下停止
• 当程序停止后查看发生了什么
• 修正bug带来的影响从而去调试下一个问题

GDB可以在本地运行，也可以在远程运行（嵌入式平台，或者通过端口映射等方式进行远程访问），也可能是虚拟机里面运行，对于操作环境，覆盖了Unix和类Unix系统，Windows，Macos，我们主要接触到的桌面级操作系统就这三类，除此之外GDB也可以进行移植支持到其他系统，安装GCC交叉编译工具集的时候不包含GDB工具，可以通过不同类型的编译工具链对源码进行编译和安装。

二、GDB的安装

2.1 GDB可以解决哪些问题

工欲善其事，比先利其器，GDB绝对是调试bug的一把利器，下面是一些GDB能解决的问题：

• 堆栈溢出
• 调试死锁
• 调试动态链接库
• 利用core-dump文件解决bug
• 远程调试
• 对程序稳定性进行测试优化

GDB其本质上是对错误程序中出现的问题进行逆向工程，通过对问题的调试可以获得编程经验，从而应用到其他问题上的解决上。

除了GDB之外还有binutils工具，但是两者实现的功能不一样，使用binutils只能静态分析程序和程序产生的文件，GDB属于动态分析工具，在程序执行的时候可以直接进行调试。

2.2 GDB的安装

在CentOS上的安装：yum install gdb
在Ubuntu上的安装：apt-get install gdb
在MacOS上的安装：brew install gdb
在Windows上的安装：链接

三、GDB常用操作

四、GDB常用指令

4.1 GDB启动

4.1.1 启动方式:

• gdb (直接启动)
• gdb a.out(载入目标文件)
• gdb a.out pid (动态链接)

4.1.2 GDB启动示例

1、带参数执行程序：

	gdb a.out
	set args arg1 arg2
	run

2、链接到目标进程执行:

	# 需要管理员权限
 	gdb
 	# 链接到目标文件后程序暂停
 	attach pid 
 	continue 

3、使用GDB调试stm32（此处需要安装st-util来连接stm32作为客户端，安装st-flash之后就会有st-util）:

	# 在第一个终端中输入如下指令，运行之后会看到一个端口号，gdb进行连接的时候会使用到
	st-util

	# 在另一个终端中输入如下指令
	arm-none-eabi-gdb
	# 将gdb连接到st-util运行的端口
	target remote localhost:4242
	# 将调试文件加载到单片机
	load a.elf
	# 获取符号表         
	file a.elf
	run

4.2 断点管理

4.2.1 断点的分类

• 软件断点: 通过使用非法指令进入特权模式实现（程序位于RAM中，软件实现，数量没有限制）
• 硬件断点: 由硬件特性实现（数量有限，不在RAM中），在GDB中可以用hbreak设置硬件断点，用法和break一致
• 数据断点: 由硬件特性实现（数量有限）

4.2.2 设置断点

• 设置没有运行次数限制的断点
  • break 断点
  • b 断点
• 设置只运行一次的临时断点
  • tbreak 断点
  • tb 断点
• 通过文件名设置断点
  • b 文件名:行号
• 通过函数名设置断点
  • b func
• 设置条件断点
  • b 断点 条件
• 通过偏移设置断点，当程序执行到某处停止后如果要对前面或者后面几行设置断点
  • b +偏移量
  • b -偏移量
• 通过指令地址设置断点，在debug版本中包含符号信息，可以直接使用上面的方式设置断点，但是发布版本中一般没有符号信息，所以要先获得对应代码的地址然后再设置断点
  • 获取地址
    • p func
  • b *指令地址

4.2.3 查看断点

• info breakpoints
• info break
• info b
• i b

后面三个是缩写形式，会显示当前所有断点信息和对应编号

4.2.4 启用/禁用断点

• 禁用断点：disable 断点编号
• 启用断点：enable 断点编号
• 启用一次断点：enable once 断点编号
• 启用断点并删除(断点被命中后会被删除，类似临时断点)：enable delete 断点编号
• 启用断点并命中n次：enable count 次数 断点编号
• 忽略前n次命中：ignore 断点编号 次数

有时候我们需要暂时禁用断点，但是后面又会继续使用，如果使用添加和删除断点这样非常麻烦，所以可以使用禁用断点来实现。

4.2.5 删除断点

• 删除所有断点：delete
• 删除指定断点：delete 断点编号
• 删除指定范围内断点：delete 范围
  • delete 1-2
• 删除指定函数的断点：clear 函数名
• 删除指定行所在断点：clear 文件名:行号

4.3 GDB控制程序执行

4.3.1 跳过当前断点n次

• continue 跳过次数

当程序执行到断点时候会停下来，使用continue可以让程序继续运行，但是如果加上一个数字则可以让当前断点在执行n次之后再停下，例如：continue 8 ，这条指令会再继续执行7次后停下来，这个8包含当前命中的这一次

4.3.2 继续执行到当前函数执行完

• finish

如果用函数名设置了一个断点，在程序执行到停止后输入finish，将在函数执行完成后停下。

4.3.3 强制函数立即返回

• return [value]

4.3.4 单步执行

• step 或者 s

遇到的是函数会进入到函数中，遇到的不是函数就直接到下一行代码处。

4.3.5 逐过程执行

• next 或者 n

遇到代码如果是函数会将整个函数执行完到下一行代码暂停，遇到的不是函数和单步执行一样。

4.3.6 执行到目标行

• until line

4.3.7 跳转执行

• jump line

4.4 变量/参数

4.4.1 查看参数

• info args

4.4.2 查看/修改变量

• print 数组名
• print 变量
• print *指针
• set var 变量=值

4.4.3 自动显示变量

• display 变量名（每次暂停之后自动显示变量的值）
• display/格式 变量名（每次暂停之后按照指定格式自动显示变量的值，o（八进制），x（十六进制），d（十进制），t（二进制））。
• info display（已经使用display设置自动显示的变量）
• undisplay 变量名（取消自动变量的显示，没有变量名字代表取消除所有）
• delete display 序号（删除变量的自动显示，没有序号代表删除所有）
• disable display 序号（禁用自动显示，没有序号代表禁用所有，但是没有删除，info display还可以看到）
• enable display 序号 （开启自动显示，没有序号代表启用所有变量的自动显示）

4.5 显示源代码

• list 或者 l （可以显示断点前后5行代码，一共10行）
• l- （显示从当前位置往前10行）
• set listsize=显示的行数 （设置每次显示的行数）
• list 函数名 （查看函数源码）

4.6 查看内存

• x /格式 地址 (格式可以是如下参数：s（字符串），d（十进制），x（十六进制）)

4.7 查看寄存器

• info registers （查看所有整数运算的寄存器）
• info all-registers （显示所有寄存器，包括浮点运算的寄存器）

在上述指令后面还可以加上寄存器名字显示指定的寄存器。

4.8 栈

当进行函数调用的时候会将寄存器和参数，临时变量等放入到栈中，所有这些消息称之为栈帧，每进行一次函数调用就会有一个新的栈帧，里面包含了程序运行时的状态，对于分析问题非常重要，在x86中依靠基址寄存器和栈顶指针维护栈空间，所有栈帧之间构成了一个链表。

• backtrace 或者 bt （可以进行栈回溯，可以看出函数的调用顺序，参数，代码所在行，可以在指令后加上一个数字，这样可以显示更多的栈帧）
• frame 栈帧序号（backtrace不能查看局部变量，由于每个函数的上下文不尽相同，通过切换栈帧可以查看局部变量，寄存器等信息）
• info frame （查看栈帧的详细信息）