Linux C编程(五) 之 gdb详解

GDB调试

gdb是gnu项目组开发的一款Unix下功能强大的调试器 主要用来调试C/C++程序

• 基于命令行的调试方法 可以随心所欲的运行程序
• 所有的调试都是可以进行脚本编写的
• 能够调试所有架构的代码
• 有三种调试方法供大家选择 可安装插件
• gdb 可以下多种类型的断点
• GDB支持远程调试，支持与IDA进行联调
• 可动态改变程序的运行环境

gdb调试前提

若想使用gdb进行程序调试，需要在编译时将调试信息添加在可执行文件里 即cc/gcc/g++编译工具链的-g 选项

root@ubuntu:/work/C/day09# gcc -g -o hello hello.c 
root@ubuntu:/work/C/day09# ls
hello  hello.c

gdb插件安装

为了杜绝原始gdb使用的无色彩 功能略小带来的晦涩感 特推荐进行以下gdb插件的安装

安装gdb增强工具

• GDB的版本大于7.7
• wget -q -O- https://github.com/hugsy/gef/raw/master/scripts/gef.sh | sh
• 确保网络连通 并且成功更新ubuntu (更新source.list 使用apt-get update)

GDB安装插件

git clone https://github.com/gatieme/GdbPlugins.git ~/GdbPlugins
echo "source ~/GdbPlugins/peda/peda.py" > ~/.gdbinit --->破解 逆向
echo "source ~/GdbPlugins/gef/gef.py" > ~/.gdbinit ----> debug 逆向
echo "source ~/GdbPlugins/gdbinit/gdbinit" > ~/.gdbinit ---> 个人定制

• 解释 ： 在终端执行三条echo语句中的一句 可切换至相应的gdb插件版本
• 下面例子中 采取debug版本 即第二种调试插件

gdb调试程序的几种启动方式

• 本地普通启动 gdb

• 本地段错误文件启动 gdb core

• attch方式启动 gdb

• 远程启动 gdbserver 0.0.0.0:1234 /path/to/file

• GDB启动时，可以加上一些GDB的启动开关，详细的开关可以用gdb -help查看。我在下面只例举一些比较常用的参数：

   -symbols  
    -s  
  

  从指定文件中读取符号表。

    -se file 
  

  从指定文件中读取符号表信息，并把他用在可执行文件中。

   	 -core 
  	  -c  
  

  调试时core dump的core文件。

    -directory 
    -d 
  

  加入一个源文件的搜索路径。默认搜索路径是环境变量中PATH所定义的路径。

    示例程序：
    #define MIN(a,b)   (a)>(b)?(b):(a)
    #include
    int fun(int a,int b,int c)
    {
    	return MIN(MIN(a,b),c);
    }
    int main()
    {
    	int a,b,c;
    	int min;
    	a=5;
    	b=9;
    	c=4；
    	min=fun(a,b,c);
    	printf("min=%d\n",min);
    	return 0;
    }
  

• 启动gdb
  
  命令：

1. l list 显示程序 默认显示10行
2. set listsize 20 将显示行数设置为20
3. 直接回车 执行上一次命令
4. b break 设置断点
5. b 10设置断点，在源程序第10行
6. b func设置断点，在func函数入口处
7. bt 查看函数调用栈
8. r run 运行程序
9. cd 相当于shell的cd命令。
10. pwd 显示当前的所在目录。
11. info b [n] 查看断点信息
12. shell ls 执行shell命令ls
13. next 单步跟踪，函数调用当作一条简单语句执行，可简写为n
14. step 单步跟踪，函数调进入被调用函数体内，可简写为s
15. finish 退出函数
16. until 在一个循环体内单步跟踪时，这个命令可以运行程序直到退出循环体,可简写为u。
17. continue 继续运行程序，可简写为c
18. stepi或si, nexti或ni 单步跟踪一条机器指令,一条程序代码有可能由数条机器指令完成，stepi和nexti可以单步执行机器指令。
19. info program 来查看程序的是否在运行，进程号，被暂停的原因。
20. print 打印变量、字符串、表达式等的值，可简写为p
    p count 打印count的值
    p cou1+cou2+cou3 打印表达式值
    print接受一个表达式，GDB会根据当前的程序运行的数据来计算这个表达式，表达式可以是当前程序运行中的const常量、变量、函数等内容。但是GDB不能使用程序中定义的宏。
21. up //上移栈帧，使另一函数成为当前函数
22. watch //在程序中设置一个监测点（即数据断点）
23. whatis //显示变量或函数类型
24. quit 退出gdb
25. 快捷命令方式

• 敲入b按两次TAB键，你会看到所有b打头的命令：

     (gdb) b
      backtrace  break      bt
      (gdb)
  

• 只记得函数的前缀，可以这样：

     (gdb) b make_ <按TAB键>
     （再按一次TAB键，你会看到:）
     make_a_section_from_file     make_environ
     make_abs_section             make_function_type
     make_blockvector             make_pointer_type
     make_cleanup                 make_reference_type
     make_command                 make_symbol_completion_list
     (gdb) b make_
  

GDB把所有make开头的函数全部例出来给你查看。
示例四：调试C++的程序时，有可以函数名一样。如：
(gdb) b 'bubble( M-? 
bubble(double,double)    bubble(int,int)
(gdb) b 'bubble(
你可以查看到C++中的所有的重载函数及参数。（注：M-?和“按两次TAB键”是一个意思）

设置断点（BreakPoint）

我们用break命令来设置断点。正面有几点设置断点的方法：

break  

• 在进入指定函数时停住。C++中可以使用class::function或function(type,type)格式来指定函数名。

• 在指定行号停住。

    break +offset 
    break -offset 
  

• 在当前行号的前面或后面的offset行停住。offiset为自然数。

    break filename:linenum 
        在源文件filename的linenum行处停住。
    break filename:function 
        在源文件filename的function函数的入口处停住。
    break *address
        在程序运行的内存地址处停住。
    break 
        break命令没有参数时，表示在下一条指令处停住。
    break ... if 
        ...可以是上述的参数，condition表示条件，在条件成立时停住。比如在循环境体中，可以设置break if i=100，表示当i为100时停住程序。
    查看断点时，可使用info命令，如下所示：（注：n表示断点号）
    info breakpoints [n] 
    info break [n] 
  

设置观察点（WatchPoint）

• 观察点一般来观察某个表达式（变量也是一种表达式）的值是否有变化了，如果有变化，马上停住程序。我们有下面的几种方法来设置观察点：

   watch 
       为表达式（变量）expr设置一个观察点。一量表达式值有变化时，马上停住程序。
       
   rwatch 
       当表达式（变量）expr被读时，停住程序。
       
   awatch 
       当表达式（变量）的值被读或被写时，停住程序。
   
   info watchpoints
       列出当前所设置了的所有观察点。
  

设置捕捉点（CatchPoint）

你可设置捕捉点来补捉程序运行时的一些事件。如：载入共享库（动态链接库）或是C++的异常。设置捕捉点的格式为：

catch 

当event发生时，停住程序。event可以是下面的内容：

1. throw 一个C++抛出的异常。（throw为关键字）
2. catch 一个C++捕捉到的异常。（catch为关键字）
3. exec 调用系统调用exec时。（exec为关键字，目前此功能只在HP-UX下有用）
4. fork 调用系统调用fork时。（fork为关键字，目前此功能只在HP-UX下有用）
5. vfork 调用系统调用vfork时。（vfork为关键字，目前此功能只在HP-UX下有用）
6. load 或 load 载入共享库（动态链接库）时。（load为关键字，目前此功能只在HP-UX下有用）
7. unload 或 unload 卸载共享库（动态链接库）时。（unload为关键字，目前此功能只在HP-UX下有用）
8. tcatch
   只设置一次捕捉点，当程序停住以后，应点被自动删除。

程序运行参数

set args 可指定运行时参数。（如：set args 10 20 30 40 50 ）
show args 命令可以查看设置好的运行参数。
run ® 启动程序
不指定运行参数 r
指定运行参数r 10 20 30 40 50

程序变量

在GDB中，你可以随时查看以下三种变量的值：

1. 全局变量（所有文件可见的）

2. 静态全局变量（当前文件可见的）

3. 局部变量（当前Scope可见的）
   如果你的局部变量和全局变量发生冲突（也就是重名），一般情况下是局部变量会隐藏全局变量，也就是说，如果一个全局变量和一个函数中的局部变量同名时，如果当前停止点在函数中，用print显示出的变量的值会是函数中的局部变量的值。如果此时你想查看全局变量的值时，你可以使用“::”操作符：
   file::variable
   function::variable
   可以通过这种形式指定你所想查看的变量，是哪个文件中的或是哪个函数中的。例如，查看文件f2.c中的全局变量x的值：

    p ‘f2.c’::x
   

当然，“::”操作符会和C++中的发生冲突，GDB能自动识别“::”是否C++的操作符，所以你不必担心在调试C++程序时会出现异常。

• x/n、f、u
  n 是一个正整数，表示显示内存的长度，也就是说从当前地址向后显示几个地址的内容。
  f 表示显示的格式，跟print 的格式参数相同
  u 表示从当前地址往后请求的字节数，如果不指定的话，GDB默认是4个bytes。u参数可以用下面的字符来代替，b表示单字节，h表示双字节，w表示四字节，g表示八字节。当我们指定了字节长度后，GDB会从指内存定的内存地址开始，读写指定字节，并把其当作一个值取出来。

数组变量

有时候，你需要查看一段连续的内存空间的值。比如数组的一段，或是动态分配的数据的大小。你可以使用GDB的“@”操作符，“@”的左边是第一个内存的地址的值，“@”的右边则你你想查看内存的长度。例如，你的程序中有这样的语句：

int *array = (int *) malloc (len * sizeof (int));

于是，在GDB调试过程中，你可以以如下命令显示出这个动态数组的取值：

p *array@len

@的左边是数组的首地址的值，也就是变量array所指向的内容，右边则是数据的长度，其保存在变量len中。

display自动显示

你可以设置一些自动显示的变量，当程序停住时，或是在你单步跟踪时，这些变量会自动显示。相关的GDB命令是display。

display expr
display/fmt expr
display/fmt addr

expr是一个表达式，fmt表示显示的格式，addr表示内存地址，当你用display设定好了一个或多个表达式后，只要你的程序被停下来，GDB会自动显示你所设置的这些表达式的值。

info display   查看display设置的自动显示的信息。
undisplay dnums…
delete display dnums…

删除自动显示，dnums意为所设置好了的自动显式的编号。如果要同时删除几个，编号可以用空格分隔，如果要删除一个范围内的编号，可以用减号表示（如：2-5）

disable display dnums…
enable display dnums…
disable和enalbe不删除自动显示的设置，而只是让其失效和恢复。

历史记录

当你用GDB的print查看程序运行时的数据时，你每一个print都会被GDB记录下来。GDB会以1,2, 3……这样的方式为你每一个print命令编上号。于是，你可以使用这个编号访问以前的表达式，如1。这个功能所带来的好处是，如果你先前输入了一个比较长的表达式，如果你还想查看这个表达式的值，你可以使用历史记录来访问，省去了重复输入。

(gdb)show values
Print the last ten values in the value history, with their item numbers. This is
like ‘p $$9’ repeated ten times, except that show values does not change the
history.

(gdb)show values n
Print ten history values centered on history item number n.

(gdb)show values +
Print ten history values just after the values last printed. If no more values are
available, show values + produces no display.

改变程序的执行

一旦使用GDB挂上被调试程序，当程序运行起来后，你可以根据自己的调试思路来动态地在GDB中更改当前被调试程序的运行线路或是其变量的值，这个强大的功能能够让你更好的调试你的程序，比如，你可以在程序的一次运行中走遍程序的所有分支。

1. 修改变量值
   修改被调试程序运行时的变量值，在GDB中很容易实现，使用GDB的print命令即可完成。如：

    (gdb) print x=4
   

x=4这个表达式是C/C++的语法，意为把变量x的值修改为4，如果你当前调试的语言是Pascal，那么你可以使用Pascal的语法：x:=4。
在某些时候，很有可能你的变量和GDB中的参数冲突，如：

(gdb) whatis width
type = double
(gdb) p width
$4 = 13
(gdb) set width=47
Invalid syntax in expression.

因为，set width是GDB的命令，所以，出现了“Invalid syntax in expression”的设置错误，此时，你可以使用set var命令来告诉GDB，width不是你GDB的参数，而是程序的变量名，如：

(gdb) set var width=47

另外，还可能有些情况，GDB并不报告这种错误，所以保险起见，在你改变程序变量取值时，最好都使用set var格式的GDB命令。

2. 跳转执行
   一般来说，被调试程序会按照程序代码的运行顺序依次执行。GDB提供了乱序执行的功能，也就是说，GDB可以修改程序的执行顺序，可以让程序执行随意跳跃。这个功能可以由GDB的jump命令来完：

    jump linespec
   

指定下一条语句的运行点。可以是文件的行号，可以是file:line格式，可以是+num这种偏移量格式。表示下一条运行语句从哪里开始。

	jump *address

这里的是代码行的内存地址。
注意，jump命令不会改变当前的程序栈中的内容，所以，当你从一个函数跳到另一个函数时，当函数运行完返回时进行弹栈操作时必然会发生错误，可能结果还是非常奇怪的，甚至于产生程序Core Dump。所以最好是同一个函数中进行跳转。
熟悉汇编的人都知道，程序运行时，eip寄存器用于保存当前代码所在的内存地址。所以，jump命令也就是改变了这个寄存器中的值。于是，你可以使用“set $pc”来更改跳转执行的地址。如：

set $pc = 0×485

3. 产生信号量
   使用singal命令，可以产生一个信号量给被调试的程序。如：中断信号Ctrl+C。这非常方便于程序的调试，可以在程序运行的任意位置设置断点，并在该断点用GDB产生一个信号量，这种精确地在某处产生信号非常有利程序的调试。
   语法是：

    signal signal
   

UNIX的系统信号量通常从1到15。所以取值也在这个范围。
single命令和shell的kill命令不同，系统的kill命令发信号给被调试程序时，是由GDB截获的，而single命令所发出一信号则是直接发给被调试程序的。

4. 强制函数返回
   如果你的调试断点在某个函数中，并还有语句没有执行完。你可以使用return命令强制函数忽略还没有执行的语句并返回。

    return
    return expression
   

使用return命令取消当前函数的执行，并立即返回，如果指定了，那么该表达式的值会被认作函数的返回值。

5. 强制调用函数

    call expr
   

表达式中可以一是函数，以此达到强制调用函数的目的。并显示函数的返回值，如果函数返回值是void，那么就不显示。

	print expr

另一个相似的命令也可以完成这一功能——print，print后面可以跟表达式，所以也可以用他来调用函数，print和call的不同是，如果函数返回void，call则不显示，print则显示函数返回值，并把该值存入历史数据中。

运行环境。

path  可设定程序的运行路径。
show paths 查看程序的运行路径。
set environment varname [=value] 设置环境变量。如：set env USER=hchen
show environment [varname] 查看环境变量。

查看栈信息

当程序被停住了，你需要做的第一件事就是查看程序是在哪里停住的。当你的程序调用了一个函数，函数的地址，函数参数，函数内的局部变量都会被压入“栈”（Stack）中。你可以用GDB命令来查看当前的栈中的信息。

下面是一些查看函数调用栈信息的GDB命令：

breacktrace,简称bt

打印当前的函数调用栈的所有信息。如：

(gdb) bt

#0 func (n=250) at tst.c:6

#1 0x08048524 in main (argc=1, argv=0xbffff674) at tst.c:30

#2 0x400409ed in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6

从上可以看出函数的调用栈信息：__libc_start_main –> main() –> func()

backtrace n

bt n

n是一个正整数，表示只打印栈顶上n层的栈信息。

backtrace -n

bt -n

-n表一个负整数，表示只打印栈底下n层的栈信息。

如果你要查看某一层的信息，你需要在切换当前的栈，一般来说，程序停止时，最顶层的栈就是当前栈，如果你要查看栈下面层的详细信息，首先要做的是切换当前栈。

frame n

n是一个从0开始的整数，是栈中的层编号。比如：frame 0，表示栈顶，frame 1，表示栈的第二层。

frame addr

f addr Select the frame at address addr. This is useful mainly if the chaining of stack frames has been damaged by a bug, making it impossible for gdb to assign

numbers properly to all frames. In addition, this can be useful when your program has multiple stacks and switches between them.

up n

表示向栈的上面移动n层，可以不打n，表示向上移动一层。

down n

表示向栈的下面移动n层，可以不打n，表示向下移动一层。

上面的命令，都会打印出移动到的栈层的信息。如果你不想让其打出信息。你可以使用这三个命令：

select-frame 对应于 frame 命令。

up-silently n 对应于 up 命令。

down-silently n 对应于 down 命令。

查看当前栈层的信息，你可以用以下GDB命令：

frame 或 f

会打印出这些信息：栈的层编号，当前的函数名，函数参数值，函数所在文件及行号，函数执行到的语句。

info frame

info f

反调试技术

gcc -o elfa elf32_main.c

多进程调试

1. 确定gdb中的进程跟踪模式

    	show follow-fork-mode
    	show detach-on-fork 
    	follow-fork-mode  detach-on-fork
    		parent			 on				只调试父进程，子进程正常运行
    		child	   		 on			  	只调试子进程，父进程正常运行
    		parent			 off			同时调试两个进程，子进程暂停在fork位置
    		child			 off			同时调试两个进程，父进程暂停在fork位置
   

2. 进程间的切换

    info inferiors
    inferiors num	
    add-inferior [-copies n] [-exec executable]
    detach inferiors processid     
    detach 一个由指定的进程，然后从fork 列表里删除。这个进程会被允许继续独立运行。
    kill inferiors  processid  杀死一个由指定的进程，然后从fork 列表里删除。       		
    catch fork  让程序在fork，vfork或者exec调用的时候中断
   

多线程调试

• GDB帮你决定现在的调试走向
  info threads 正在运行的线程信息
  b … thread …
  b line thread threadno if…
• 所有线程会因为一个断点所中断

gcc -g thread.c -o thread -lpthread

set non-stop on/off: 
当调式一个线程时，其他线程是否运行。
set pagination on/off: 
在使用backtrace时，在分页时是否停止。
set target-async on/ff: 
同步和异步。同步，gdb在输出提示符之前等待程序报告一些线程已经终止的信息。而异步的则是直接返回。
show scheduler-locking： 
查看当前锁定线程的模式
	set scheduler-locking off|on|step 
		off 不锁定任何线程 
		on 锁定其他线程，只有当前线程执行
	
info threads 查询线程信息 
thread threadno 切换线程
thread apply [threadno] [all] args 对线程列表执行命令
set print thread-events 控制线程开始和结束时的打印信息
show print thread-events 显示线程打印信息的开关状态

**

多进程多线程调试重在控制进程/线程的切换 和对一个线程或进程调试时对其他线程或进程的影响

**

Linux程序发布流程

• 确定程序是否存在符号表
  readelf -s test-1
• 生成符号表
  objcopy --only-keep-debug test-1 test-1.symbol
• 生成发布程序
  objcopy --strip-debug test-1 test-release
• 使用符号表进行程序debug
  gdb -q --symbol=test-1.symbol --exec=test-release

暂时就先写这么多吧，以后遇到再和大家分享，有不足之处欢迎指出。