bitcoin源码研读（1）——用vim单步调试bitcoin

用vim单步调试bitcoin

区块#0. 前言

参加了区块链研习社的源码研读班，准备研读下比特币核心（Bitcoin Core）的源码，为了更好的掌握其脉络，单步调试是必不可少的，那么就先来准备下环境吧~

这里通过vim+vimgdb插件，来构造一个gdb的调试环境。

区块#1. 环境搭建

1.1 vim环境

安装vim+vimgdb插件，该插件以补丁方式提供，需要重新编译安装vim，有些遗憾该插件很久没有更新了，目前仅支持vim7.4版本。

1.1.1 源码下载

• vim7.4及对应vimgdb插件下载

$ wget https://github.com/vim/vim/archive/v7.4.tar.gz
$ git clone https://github.com/cpiger/vimgdb-for-vim7.4.git

1.1.2 打上补丁

• 解压vim7.4并打上vimgdb补丁

$ tar -zxf v7.4.tar.gz
$ ln -s vim-7.4/ vim74
$ patch -p0 < vimgdb-for-vim7.4/vim74.patch 
patching file vim74/src/auto/configure
patching file vim74/src/buffer.c
patching file vim74/src/clewn/gdb.h
patching file vim74/src/clewn/gdb_lvl2.c
patching file vim74/src/clewn/gdb_lvl3.c
patching file vim74/src/clewn/misc.c
patching file vim74/src/clewn/misc.h
patching file vim74/src/clewn/obstack.c
patching file vim74/src/clewn/obstack.h
patching file vim74/src/config.h.in
patching file vim74/src/config.mk.in
patching file vim74/src/configure.in
patching file vim74/src/eval.c
patching file vim74/src/ex_cmds.c
patching file vim74/src/ex_getln.c
patching file vim74/src/feature.h
patching file vim74/src/gdb.c
patching file vim74/src/globals.h
patching file vim74/src/gui.c
patching file vim74/src/gui_gtk_x11.c
patching file vim74/src/gui_x11.c
patching file vim74/src/main.c
patching file vim74/src/Makefile
patching file vim74/src/normal.c
patching file vim74/src/option.c
patching file vim74/src/option.h
patching file vim74/src/os_unix.c
patching file vim74/src/proto/gdb.pro
patching file vim74/src/proto.h
patching file vim74/src/screen.c
patching file vim74/src/structs.h
patching file vim74/src/version.c
patching file vim74/src/window.c

若没有任何错误信息，即打补丁成功。

1.1.3 编译安装

（1）执行configure命令

$ cd vim74/
$ ./configure --with-features=huge --enable-pythoninterp --with-python-config-dir=/usr/lib/python2.7/config-x86_64-linux-gnu/ --enable-perlinterp --enable-cscope --enable-multibyte --enable-xim --enable-gdb --prefix=/home/rzexin/Software/ALL/vimgdb

核心参数是：--enable-gdb，根据需要开启其他属性

参数说明：

• --enable-gdb：开启gdb支持
• --with-features=huge：支持最大特性
• --enable-pythoninterp：启用Vim对python编写的插件的支持
• --enable-multibyte和--enable-xim：需要在Vim中输入中文，开启这两个特性
• --enable-cscope：Vim对cscope支持
• --with-python-config-dir=/usr/lib/python2.7/config-x86_64-linux-gnu/ 指定 python 路径
• --prefix=/home/rzexin/Software/ALL：设定编译安装路径

（2）修改Makefile文件

设置--prefix并未修改src/Makefile中的配置，将以下三行注释掉，以便vim可以安装到我们指定的目录

# BINDIR   = /opt/bin                        
# MANDIR   = /opt/share/man
# DATADIR  = /opt/share

（3）编译&安装

-j：是make命令执行线程数，可根据机器性能调大一点，缩短编译等待时间

CFLAGS="-O2 -D_FORTIFY_SOURCE=1"：不加该参数，安装后启动vim会core

$ make -j2 CFLAGS="-O2 -D_FORTIFY_SOURCE=1"
$ make install
$ tree -L 2 ~/Software/ALL/vimgdb/
/home/rzexin/Software/ALL/vimgdb/
├── bin
│   ├── ex -> vim
│   ├── rview -> vim
│   ├── rvim -> vim
│   ├── view -> vim
│   ├── vim
│   ├── vimdiff -> vim
│   ├── vimtutor
│   └── xxd
└── share
    ├── man
    └── vim

1.1.4 环境配置

（1）设置环境变量

之所以要安装到/home/rzexin/Software/ALL/vimgdb目录，还是因为vimgdb插件支持的vim版本过低，会导致不少基于高版本vim的插件使用不了，如：vim-go（v7.4.1689+）、YouCompleteMe（v7.4.1578+）等。

$ vim
vim-go requires Vim 7.4.1689 or Neovim, but you're using an older version.
Please update your Vim for the best vim-go experience.
If you really want to continue you can set this to make the error go away:
    let g:go_version_warning = 0
Note that some features may error out or behave incorrectly.
Please do not report bugs unless you're using Vim 7.4.1689 or newer.
YouCompleteMe unavailable: requires Vim 7.4.1578+.
Press ENTER or type command to continue

通过别名方式，单独提供一个专门用于gdb调试的vim：vimg，vim命令还是对应系统自带vim

alias vimg='/home/rzexin/Software/ALL/vimgdb/bin/vim' 

（2）拷贝运行环境配置

$ cp -r vimgdb-for-vim7.4/vimgdb_runtime/* ~/.vim

（3）激活命令帮助

$ cd ~/.vim/doc/
$ vimg

执行命令:helptags .,而后就能使用:help vimgdb打开vimgdb的帮助文档了：

1.2 bitcoin环境

安装好vim及vimgdb插件后，我们下面来获取bitcoin-core源码了。

1.2.1 源码下载

下载当前最新版本

$ wget https://github.com/bitcoin/bitcoin/archive/v0.16.2.tar.gz
$ tar -zxvf v0.16.2.tar.gz
$ tree -L 1 bitcoin-0.16.2/
bitcoin-0.16.2/
├── autogen.sh
├── build-aux
├── configure.ac
├── contrib
├── CONTRIBUTING.md
├── COPYING
├── depends
├── doc
├── INSTALL.md
├── libbitcoinconsensus.pc.in
├── Makefile.am
├── README.md
├── share
├── src
└── test

1.2.2 编译安装

注：需开启debug参数：--enable-debug

$ cd ~/BlockChain/Bitcoin/bitcoin-0.16.2/
$ ./autogen.sh
$ ./configure --enable-debug --prefix=/home/rzexin/Software/ALL/bitcoin
Options used to compile and link:
  with wallet   = yes
  with gui / qt = yes
    qt version  = 5
    with qr     = auto
  with zmq      = no
  with test     = yes
  with bench    = yes
  with upnp     = auto
  use asm       = yes
  debug enabled = yes
  werror        = no
  target os     = linux
  build os      = 
  CC            = gcc
  CFLAGS        = -g -O2 -g3 -O0
  CPPFLAGS      =  -DDEBUG -DDEBUG_LOCKORDER -DHAVE_BUILD_INFO -D__STDC_FORMAT_MACROS
  CXX           = g++ -std=c++11
  CXXFLAGS      = -g -O2 -g3 -O0 -Wall -Wextra -Wformat -Wvla -Wformat-security -Wno-unused-parameter -Wno-implicit-fallthrough
  LDFLAGS       = 
  ARFLAGS       = cr

$ make -j2 && make install

$ tree ~/Software/ALL/bitcoin/
/home/rzexin/Software/ALL/bitcoin/
├── bin
│   ├── bench_bitcoin
│   ├── bitcoin-cli
│   ├── bitcoind
│   ├── bitcoin-qt
│   ├── bitcoin-tx
│   ├── test_bitcoin
│   └── test_bitcoin-qt
├── include
│   └── bitcoinconsensus.h
├── lib
│   ├── libbitcoinconsensus.a
│   ├── libbitcoinconsensus.la
│   ├── libbitcoinconsensus.so -> libbitcoinconsensus.so.0.0.0
│   ├── libbitcoinconsensus.so.0 -> libbitcoinconsensus.so.0.0.0
│   ├── libbitcoinconsensus.so.0.0.0
│   └── pkgconfig
│       └── libbitcoinconsensus.pc
└── share
    └── man
        └── man1
            ├── bitcoin-cli.1
            ├── bitcoind.1
            ├── bitcoin-qt.1
            └── bitcoin-tx.1

• 可执行文件说明

程序名	说明
bitcoind	比特币运行的核心程序俗称bitcoin core
bitcoin-cli	Bitcoind的一个功能完备的RPC客户端，包括查询区块，交易信息等等
bitcoin-qt	比特币钱包
bitcoin-tx	比特币交易处理模块，支持交易的查询和创建
test_bitcoin	运行各个模块的测试代码
test_bitcoin-qt	运行钱包的模块测试代码

1.2.3 环境配置

（1）配置PATH和LD_IBRARY_PATH

export PATH=/home/rzexin/Software/ALL/bitcoin/bin:$PATH                         
export LD_LIBRARY_PATH=/home/rzexin/Software/ALL/bitcoin/lib:$LD_LIBRARY_PATH 

（2）配置帮助文档

export MANPATH=/home/rzexin/Software/ALL/bitcoin/share/man:$MANPATH
# man帮助手册彩色输出
export LESS_TERMCAP_mb=$'\E[01;31m'
export LESS_TERMCAP_md=$'\E[01;31m'
export LESS_TERMCAP_me=$'\E[0m'
export LESS_TERMCAP_se=$'\E[0m'
export LESS_TERMCAP_so=$'\E[01;44;33m'
export LESS_TERMCAP_ue=$'\E[0m'
export LESS_TERMCAP_us=$'\E[01;32m'

通过上述配置，可以使用man命令查看到帮助文档，且是彩色打印便于查看：

$ man bitcoind

1.2.4 钱包启动

很好奇当前（2018.08.14）比特币账本总的大小，故启动看看：）

已经有203GB！好吧，我可怜的256GB本儿，就别指望同步下来了：(

区块#2. 调试实践

2.1 vim单步调试小demo

2.1.1 准备demo

一个计算阶乘小demo

// $ cat main.cpp 
#include 

extern int factor(int n, int *rt);

int main(int argc, char **argv)
{
    int i;
    int result = 1;

    for (i = 1; i < 6; i++)
    {
        factor(i, &result);
        printf("%d! = %d\n", i, result);
    }

    return 0;
}  

//$ cat factor.cpp 
int factor(int n, int *r)
{
    if (n <= 1)
    {
        *r =  n;
    } 
    else
    {
        factor(n - 1, r);
        *r *= n;
    }

    return 0;
}  

编译&执行：

$ g++ -g -Wall -o demo main.cpp factor.cpp
$ ./demo 
1! = 1
2! = 2
3! = 6
4! = 24
5! = 120

2.1.2 vimrc配置

""""""""""""""""""""""""""""""""""
" => vimgdb
""""""""""""""""""""""""""""""""""
let g:vimgdb_debug_file = ""
run macros/gdb_mappings.vim
map  :run macros/gdb_mappings.vim
nmap g :bel 40vsplit gdb-variables 

2.1.3 单步调试实践

（1）使用前面自己编译的vim打开源码

$ vimg main.cpp

（2）按F2键，相当于执行：:run macros/gdb_mappings.vim,加载vimgdb补丁的绑定

（3）按F7键，进行gdb keys mapped，开启gdb调试功能

（4）点击空格，下方出现调试交互窗口

（5）在交互窗口中，输入file demo，绑定我们前面生成的可执行文件

执行后，将会看到如下提示信息：

(gdb) file demo
  Reading symbols from demo...done.

（6）使用CTRL+B设置断点

（7）执行R启动程序，或在控制窗口中执行run命令

可见demo停在断点出

（8）使用CTRL+n单步执行，使用C进行continue

（9）使用,g打开变量窗口

（10）通过CTRL+v选中变量，通过CTRL+p添加变量到变量窗口中，便于观察执行过程中值的变化

（11）在12行通过执行S单步进入factor函数，同样的方法，将*r也添加进变量窗口

（12）单机空格进入命令窗口，执行quit，结束gdb调试

2.1.4 更多指令

执行:help gdb-mappings可查看

按键	用途
	launch the interactive gdb input-line window
CTRL-Z	send an interrupt to GDB and the program it is running
B	info breakpoints
L	info locals
A	info args
S	step
I	stepi
CTRL-N	next: next source line, skipping all function calls
X	nexti
F	finish
R	run
Q	quit
C	continue
W	where
CTRL-U	up: go up one frame
CTRL-D	down: go down one frame
CTRL-B	set a breakpoint on the line where the cursor is located
CTRL-E	clear all breakpoints on the line where the cursor is located
CTRL-P	Normal mode: print value of word under cursor
CTRL-X	print value of data referenced by word under cursor

2.2 vim单步调试bitcoind

接下来就是激动人心的比特币核心源码的单步调试了

2.2.1 进入安装目录

我们可看到源码和可执行程序都在一个目录

$ cd /home/rzexin/BlockChain/Bitcoin/bitcoin-0.16.2/src
$ ls bitcoind bitcoind.cpp 
bitcoind  bitcoind.cpp

2.2.2 单步调试实践

（1）打开源码文件

$ vimg bitcoind.cpp

（2）执行F2、F7开启GDB调试功能

（3）执行CTRL+B设置断点

（4）这次由于要指定一些参数，就不再通过执行R启动程序，而是执行空格进入调试终端后，执行如下命令启动

regtest：是一个本地测试环境，可以根据需要实时创建区块

datadir：不指定的话，默认创建在~/.bitcoin

start -server -keypool=1 -rest -discover=0 -regtest -datadir=/home/rzexin/BlockChain/Bitcoin/data

（5）使用CTRL+n单步执行，使用CTRL+s单步进入函数

（6）进一步探索

区块#3. 结语

好了，单步调试环境已经准备好了，那么接下来就开始愉快的bitcoin探索之旅吧。。。

区块链研习社源码研读班第五期-rzexin