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5個鮮為人知GNU調(diào)試器（GDB）技巧

了解如何使用 gdb 的一些鮮為人知的功能來檢查和修復(fù)代碼。
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GNU 調(diào)試器（gdb）是一種寶貴的工具，可用于在開發(fā)程序時檢查正在運(yùn)行的進(jìn)程并解決問題。

你可以在特定位置（按函數(shù)名稱、行號等）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有嘗試過的功能。這里有五個你可以嘗試一下。

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)時停止，你可以運(yùn)行 gdb 的命令對其進(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，你可能知道一個經(jīng)常調(diào)用的函數(shù)有時會崩潰，但僅當(dāng)它獲得某個參數(shù)值時才會崩潰。你可以在該函數(shù)的開始處設(shè)置一個斷點(diǎn)并運(yùn)行程序。每次碰到該斷點(diǎn)時都會顯示函數(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)這個惹了麻煩的參數(shù)觸發(fā)崩潰時，你可以單步執(zhí)行代碼以查看問題所在。

 
 
   
  
  (gdb) break sometimes_crashes  
  
  Breakpoint 1 at 0x40110e: file prog.c, line 5.  
  
  (gdb) run  
  
  [...]  
  
  Breakpoint 1, sometimes_crashes (f=0x7fffffffd1bc) at prog.c:5  
  
  5 fprintf(stderr,  
  
  (gdb) continue  
  
  Breakpoint 1, sometimes_crashes (f=0x7fffffffd1bc) at prog.c:5  
  
  5 fprintf(stderr,  
  
  (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)置一個計數(shù)器（例如，continue 30 以使其在接下來的 29 次到達(dá)該斷點(diǎn)時忽略它）。

但是斷點(diǎn)真正強(qiáng)大的地方在于它們在運(yùn)行時評估表達(dá)式的能力，這使你可以自動化這種測試。

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

條件斷點(diǎn)使你不必讓 gdb 每次調(diào)用該函數(shù)時都去問你要做什么，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)式的計算結(jié)果為 false，調(diào)試器會自動使程序繼續(xù)運(yùn)行，而無需詢問用戶該怎么做。

斷點(diǎn)命令

GNU 調(diào)試器中斷點(diǎn)的一個甚至更復(fù)雜的功能是能夠編寫對到達(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)時運(yùn)行。

我們可以使用它來規(guī)避在 sometimes_crashes 函數(shù)中我們已知的錯誤，并在它提供空指針時使其無害地從該函數(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，即使在運(yùn)行斷點(diǎn)命令之前，也會顯示堆棧幀。

 
 
   
  
  (gdb) break sometimes_crashes  
  
  Breakpoint 1 at 0x401132: file prog.c, line 5.  
  
  (gdb) commands 1  
  
  Type commands for breakpoint(s) 1, one per line.  
  
  End with a line saying just "end".  
  
  >silent  
  
  >if !f  
  
   >frame  
  
   >printf "Skipping call\n"  
  
   >return 0  
  
   >continue  
  
   >end  
  
  >printf "Continuing\n"  
  
  >continue  
  
  >end  
  
  (gdb) run  
  
  Starting program: /home/twaugh/Documents/GDB/prog  
  
  warning: Loadable section ".note.gnu.property" outside of ELF segments  
  
  Continuing  
  
  Continuing  
  
  Continuing  
  
  #0 sometimes_crashes (f=0x0) at prog.c:5  
  
  5 fprintf(stderr,  
  
  Skipping call  
  
  [Inferior 1 (process 9373) exited normally]  
  
  (gdb)

轉(zhuǎn)儲二進(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，經(jīng)常使用 hexdump -C（hexdump 來自 util-linux 軟件包）。這是 gdb 的 x 命令顯示的十六進(jìn)制字節(jié)：

 
 
   
  
  (gdb) x/33xb mydata  
  
  0x404040  : 0x02 0x01 0x00 0x02 0x00 0x00 0x00 0x01  
  
  0x404048  : 0x01 0x47 0x00 0x12 0x61 0x74 0x74 0x72  
  
  0x404050 : 0x69 0x62 0x75 0x74 0x65 0x73 0x2d 0x63  
  
  0x404058 : 0x68 0x61 0x72 0x73 0x65 0x75 0x00 0x05  
  
  0x404060 : 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。

通過使用 dump 命令以將字節(jié)存儲在文件中，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 命令來使用 hexdump 顯示內(nèi)存內(nèi)容。

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

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

行內(nèi)反匯編

有時你想更多地了解導(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應(yīng)的指令。為此，請使用 /s 修飾符在反匯編中包括源代碼行。

 
 
   
  
  (gdb) disassemble/s main  
  
  Dump of assembler code for function main:  
  
  prog.c:  
  
  11 {  
  
   0x0000000000401158 <+0>: push %rbp  
  
   0x0000000000401159 <+1>: mov %rsp,%rbp  
  
   0x000000000040115c <+4>: sub $0x10,%rsp  
  
     
  
  12 int n = 0;  
  
   0x0000000000401160 <+8>: movl $0x0,-0x4(%rbp)  
  
     
  
  13 sometimes_crashes(&n);  
  
   0x0000000000401167 <+15>: lea -0x4(%rbp),%rax  
  
   0x000000000040116b <+19>: mov %rax,%rdi  
  
   0x000000000040116e <+22>: callq 0x401126   
  
  [...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，可以使你對程序有了更詳細(xì)的了解。

反向調(diào)試

有時，你希望自己可以逆轉(zhuǎn)時間。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)像是一個斷點(diǎn)，但不是在程序中的某個位置設(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，執(zhí)行就會停止，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。但是它是何時何地被釋放的呢？

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

它通過在每個步驟中仔細(xì)記錄程序的狀態(tài)來實(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)生時間倒流的錯覺。

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

reverse-step，倒退到上一個源代碼行
*reverse-next，它倒退到上一個源代碼行，向后跳過函數(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：

 
 
   
  
  (gdb) b main  
  
  Breakpoint 1 at 0x401160: file prog.c, line 12.  
  
  (gdb) r  
  
  Starting program: /home/twaugh/Documents/GDB/prog  
  
  [...]  
  
     
  
  Breakpoint 1, main () at prog.c:12  
  
  12 int n = 0;  
  
  (gdb) target record-full  
  
  (gdb) c  
  
  Continuing.  
  
     
  
  Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.  
  
  0x0000000000401154 in sometimes_crashes (f=0x0) at prog.c:7  
  
  7 return *f;  
  
  (gdb) reverse-finish  
  
  Run back to call of #0 0x0000000000401154 in sometimes_crashes (f=0x0)  
  
   at prog.c:7  
  
  0x0000000000401190 in main () at prog.c:16  
  
  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)。

當(dāng)前文章：5個鮮為人知GNU調(diào)試器（GDB）技巧
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