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调用GDB调试器的4种方式

时间:03-07来源:作者:点击数:

GDB调试C/C++程序》一节演示了用 GDB 调试 C(或者 C++)程序的整个过程,其中对 main.exe 文件启动 GDB 调试,执行的指令为:

[root@bogon demo]# gdb main.exe
GNU gdb (GDB) 8.0.1
Copyright (C) 2017 Free Software Foundation, Inc.
......
(gdb) 

要知道,这仅是调用 GDB 调试器最常用的一种方式,GDB 调试器还有其它的启动方式。并且,为了满足不同场景的需要,启动 GDB 调试器时还可以使用一些参数选项,从而控制它启动哪些服务或者不启动哪些服务。

调用GDB的方式

总的来说,调用 GDB 调试器的方法有 4 种。

1) 直接使用 gdb 指令启动 GDB 调试器:

[root@bogon demo]# gdb
ubuntu64@ubuntu64-virtual-machine:~/demo$ gdb
GNU gdb (GDB) 8.0.1
Copyright (C) 2017 Free Software Foundation, Inc.
......  <-- 省略部分输出信息
Type "apropos word" to search for commands related to "word".
(gdb)

此方式启动的 GDB 调试器,由于事先未指定要调试的具体程序,因此需启动后借助 file 或者 exec-file 命令指定(后续章节会做详细讲解)。 

2) 调试尚未执行的程序

对于具备调试信息(使用 -g 选项编译而成)的可执行文件,调用 GDB 调试器的指令格式为:

gdb program

其中,program 为可执行文件的文件名,例如上节创建好的 main.exe。 

3) 调试正在执行的程序

在某些情况下,我们可能想调试一个当前已经启动的程序,但又不想重启该程序,就可以借助 GDB 调试器实现。

也就是说,GDB 可以调试正在运行的 C、C++ 程序。要知道,每个 C 或者 C++ 程序执行时,操作系统会使用 1 个(甚至多个)进程来运行它,并且为了方便管理当前系统中运行的诸多进程,每个进程都配有唯一的进程号(PID)。

如果需要使用 GDB 调试正在运行的 C、C++ 程序,需要事先找到该程序运行所对应的进程号。查找方式很简单,执行如下命令即可:

pidof 文件名

比如,我们将上节创建的 main.c 源文件修改为:

#include <stdio.h>
int main()
{
    int num = 1;
    while(1)
    {
        num++;
    }
    return 0;
}

执行 gcc main.c -o main.exe -g 编译指令,获得该源程序对应的具备调试信息的 main.exe 可执行文件,并在此基础上执行:

[root@bogon demo]# ./main.exe
        <--程序一直运行

显然,程序中存在死循环(5~8 行),它会一直执行。此时,借助 pidof 指令即可获取它对应的进程号:

[root@bogon demo]# pidof main.exe
1830

可以看到,当前正在执行的 main.exe 对应的进程号为 1830。在此基础上,可以调用 GDB 对该程序进行调试,调用指令有以下 3 种形式:

1) gdb attach PID
2) gdb 文件名 PID
3) gdb -p PID

其中,PID 指的就是要调取的程序对应的进程号。

以调试进程号为 1830 的程序为例,执行如下指令:

[root@bogon demo]# gdb -p 1830
GNU gdb (GDB) 8.0.1
Copyright (C) 2017 Free Software Foundation, Inc.
......  <-- 省略部分输出信息
0x00005645319c613c in main () at main.c:6
6         num++;

注意,当 GDB 调试器成功连接到指定进程上时,程序执行会暂停。如上所示,程序暂停至第 6 行代码 num++ 的位置,此时可以通过断点调试、逐步运行等方式监控程序的执行过程。例如:

(gdb) l     <-- 查看源码以及各行行号
1 #include<stdio.h>
2 int main()
3 {
4     int num = 1;
5     while(1){
6         num++;
7     }
8     return 0;
9 }
(gdb) b 6      <--在程序第 6 行代码处打断点
Breakpoint 1 at 0x5645319c6138: file main.c, line 6.
(gdb) c         <--令程序进行执行,其会在下一个断点处停止
Continuing.
       
Breakpoint 1, main () at main.c:6
6         num++;
(gdb) p num         <-- 查看当前 num 的值
$2 = 47100335

注意,当调试完成后,如果想令当前程序进行执行,消除调试操作对它的影响,需手动将 GDB 调试器与程序分离,分离过程分为 2 步:

  1. 执行 detach 指令,使 GDB 调试器和程序分离;
  2. 执行 quit(或 q)指令,退出 GDB 调试。

4) 调试执行异常崩溃的程序

除了以上 3 种情况外,C 或者 C++ 程序运行过程中常常会因为各种异常或者 Bug 而崩溃,比如内存访问越界(例如数组下标越界、输出字符串时该字符串没有 \0 结束符等)、非法使用空指针等,此时就需要调试程序。

值得一提的是,在 Linux 操作系统中,当程序执行发生异常崩溃时,系统可以将发生崩溃时的内存数据、调用堆栈情况等信息自动记录下载,并存储到一个文件中,该文件通常称为 core 文件,Linux 系统所具备的这种功能又称为核心转储(core dump)。幸运的是,GDB 对 core 文件的分析和调试提供有非常强大的功能支持,当程序发生异常崩溃时,通过 GDB 调试产生的 core 文件,往往可以更快速的解决问题。

默认情况下,Linux 系统是不开启 core dump 这一功能的,读者可以借助执行ulimit -c指令来查看当前系统是否开启此功能:

[root@bogon demo]# ulimit -a
core file size          (blocks, -c) 0
data seg size           (kbytes, -d) unlimited
scheduling priority             (-e) 0
file size               (blocks, -f) unlimited
......

其中,如果 core file size(core 文件大小)对应的值为 0,表示当前系统未开启 core dump 功能。这种情况下,可以通过执行如下指令改变 core 文件的大小:

[root@bogon demo]# ulimit -c unlimited
[root@bogon demo]# ulimit -a
core file size          (blocks, -c) unlimited
data seg size           (kbytes, -d) unlimited
scheduling priority             (-e) 0
file size               (blocks, -f) unlimited
......

其中,unlimited 表示不限制 core 文件的大小。

由此,当程序执行发生异常崩溃时,系统就可以自动生成相应的 core 文件。

举个例子,修改 main.c 源程序文件中的代码为:

#include <stdio.h>
int main()
{
    char *p = NULL;
    *p = 123;
    return 0;
}

重新编译,即执行如下指令:

[root@bogon demo]# gcc main.c -o main.exe -g
[root@bogon demo]# ./main.exe
Segmentation fault (core dumped)   <--发生段错误,并生成了 core 文件
[root@bogon demo]# ls
core  main.c  main.exe

段错误又称为访问权限冲突,指的是当前程序访问了不可访问的存储空间,比如访问的不存在的空间,又或者是受系统保护的内存空间。

观察此程序不难发现,由于 p 指针初始化为 NULL,即不指向任何存储空间,但后续却执行*p=123操作,显然是不可行的。因此,该程序执行时会发生崩溃,Linux 系统会记录必要的崩溃信息,并存储到 core 文件中。

默认情况下,core 文件的生成位置同该程序所在的目录相同。当然我们也可以指定 core 文件的生成的位置,感兴趣的读者可自行研究,这里不再介绍。

对于 core 文件的调试,其调用 GDB 调试器的指令为:

[root@bogon demo]# gdb main.exe core
GNU gdb (GDB) 8.0.1
Copyright (C) 2017 Free Software Foundation, Inc.
......
Reading symbols from main.exe...
[New LWP 4296]
      
warning: Unexpected size of section `.reg-xstate/4296' in core file.
Core was generated by `./main.exe'.
Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault.
        
warning: Unexpected size of section `.reg-xstate/4296' in core file.
#0  0x00005583b933013d in main () at main.c:5
5     *p = 123;

可以看到,程序发生崩溃的位置是在 main.c 中的第 5 行。甚至于,对于 core 文件中记录的崩溃信息,可以使用 where、print、bt 等指令查看,有关这些指令的功能和用法,由于并非本节重点,这里不再具体赘述,后续章节会做详细讲解。

GDB调试器启动可用参数

表 1 罗列了一些在启动 GDB 调试器时常用的指令参数,以及它们各自的功能。 

表 1 启动GDB调试器可用参数
参 数 功 能
-pid number
-p number
调试进程 ID 为 number 的程序。
-symbols file
-s file
仅从指定 file 文件中读取符号表。
-q
-quiet
-silent
取消启动 GDB 调试器时打印的介绍信息和版权信息
-cd directory 以 directory 作为启动 GDB 调试器的工作目录,而非当前所在目录。
--args 参数1 参数2... 向可执行文件传递执行所需要的参数。

其中有些参数,我们已经在前面的学习给大家做了具体的演示,这里不再重复赘述,读者可自行尝试使用。除此之外,启动 GDB 调试器时还有其它参数指令可以使用,感兴趣的读者可查阅 GDB 官网做系统了解。有关表 1 以及 GDB 调试器支持的其它指令,后续章节用到时会做详细讲解。

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