gdb使用及原理【转】

1、GDB对于基于GNU系统开发的程序员来说是最基本的东西，必须的。所以这篇学习总结中，不打算包括GDB的一般使用方法。因为这些东西必须是随手拈来的。所以也就不花时间来整理，我只把一些比较高级的应用在这里作一个整理。
 
2、在编译链接程序时需要使用"-ggdb"选项来生成可供GDB调试用的信息，否则GDB将失去作用，因此GDB和GCC联系的非常紧密。并且当-g和-O开关同时打开时，调试和优化可能会产生冲突，经常会发现所见和事实不合的情况，所以要选择性地开启优化开关。
 
3、GDB的一些使用技巧：
 1）设置断点的方法包括：函数，行号，if条件断点express，这些前面都可以跟上文件名。另外还可以设置地址断点：b *0x8048424.
 2）GDB用来分析core文件，启动格式：gdb debugme core.xyz
 3）开启core文件生成的方法是: ulimit -c unlimited
 4）在不同函数的调用栈上切换及查看当前信息：bt/frame XX/up/down/info frame/args/locals
 5）调试一正运行的进程：gdb debugme pid或者gdb debugme + attach pid + detach，类似的应用还有：strace/ltrace/truss
 6）如果某个线程/进程处于死锁状态，还可以通过gcore pid来手动生成core文件来分析当前线程/进程的状态，然后利用GDB来分析, gcore使用方法：gcore pid，注意被调试的进程会临时性停止去生成core文件
 7）查看函数的反汇编指令：disassemble fun_name
 8）汇编指令级别的单步执行：ni/si,显示当前执行的汇编指令： x/i $pc
 9）查看寄存器的内容：info registers/all-registers
 10）查看某地址开始的内容：x/num 0xYYYYYYY 查看从0xYYYYYYY开始的num个单元内容；p 输出数组内容
 11）在函数调试中途强制返回：return  <expression>;
 12）向被调试程序发送指定信号：在任意一点ctrl+C进入gdb调试命令行，然后：signal 1-15
 
4、用GDB来调试多线程程序：
 1）显示当前可调试的所有线程：info threads，GDB按照线程启动顺序重新安排了一个线程ID，这个ID是供GDB使用的
 2）在调试多线程的程序时，默认调试的是主线程，其他线程也同时处于暂停状态，如果想切换调试其他的线程，则只需要:thread id
 3）在对某一线程进行next/step执行的时候，其他线程也同时在执行，如果要限制其他线程执行，则可以使用：set scheduler-locking on
 4）对指定线程或者所有线程执行同样的操作，比如查看调用栈信息：thread apply ID1 ID2/all bt
 5）另外你也可以利用strace -p pid来显示某个线程当前的系统调用情况。或者利用gdb debugme pid来调试某个线程，但注意该方法会暂停整个进程的执行。对于多线程的程序gdb ./debugme相当于默认调试主线程，而gdb ./debugme pid则相当于默认调试pid线程。
 
5、用GDB来调试多进程程序：
 1）当fork子进程后，继续调试父进程或者调试刚产生的子进程：set follow-fork-mode parent/child，注意调试的时候其他的进程仍然在运行。
 2）如果父进程fork了多个子进程，上面的这种方法也只能跟踪调试到第一个子进程，并且不影响其他子进程的运行。
 3）如果想在调试一个进程的时候，其他进程处于暂停状态，则可以利用：set detach-on-fork off来做到
 4）利用attach来调试子进程。因为父进程fork子进程后，子进程会马上得到执行，如果恰好执行过了你要调试的地方，则来不及查询pid并且attach，所以为了支持直接attach调试，一般会在子进程的代码开始处加上一个sleep，以使得你有时间来查询pid，然后attach进入来调试。
   attach pid + stop + break XXX + continue + n + n ...+ s + s + ....
 5）利用gdb ./debugme pid都可以用来调试进程和线程，但不同的是GDB控制的范围不一样，前者不影响其他的并行单元（进程），而后则会使真个进程暂停。 
 
6、调试动态链接库函数：
 我们可能要调试动态库的函数，或者通过调试来学习动态库函数的实现。这个时候，则需要GDB包括该动态库的debug版本，否则在GDB下面只会打印:0xXXXXXX: ??
 比如包括：glibc debug version，如下是一些glibc的debug版本的下载地址：
 http://linux.maruhn.com/sec/glibc-debug.html
 
注：GDB的远端调试功能，暂时还没有接触过，现不做学习和总结.
 GDB对于多线程，多进程的调试支持并不强大，但可以利用其他专用调试器，比如TotalView：
 参考地址：http://www.totalviewtech.com/
         http://www.total-view.com.cn/
    
   
7、一些辅助的诊断及调试工具：
 1）strace：跟踪系统调用情况
 2）ltrace：跟踪动态库的调用情况
 3）mtrace，pmalloc：跟踪内存使用情况，需要嵌入代码，打印内存使用记录。
 4）Binuitls：Toolchain的工具，参考我的上一篇总结。
 5）Valgrind：非常好的内存泄露检测工具，限于i386
 6）oprofile， NPTL Trace Tool等
 7）ald：汇编语言调试器
 8）Dude：另一个运行linux上的调试器，未使用ptrace实现
 9）Linice（http://www.linice.com/）是SoftIce在Linux中的模拟软件，用于调试没有源代码的二进制文件的内核级调试器。
 10）其他
关于调试及诊断工具包括许多，估计可以写一系列的文章来说明。

其他参考资料：
0）GDB官方网站：http://www.gnu.org/software/gdb/gdb.html
1）快速参考GDB支持的所有调试命令：《GDB QUICK REFERENCE》
2）GDB的使用手册：《Debugging with gdb--The gnu Source-Level Debugger》
3）《Embedded linux prime》的第13/14/15章可以作为参考。
http://book.opensourceproject.org.cn/embedded/embeddedprime/index.html?page=opensource/0136130550/ch13lev1sec1.html
文章出处：飞诺网(www.firnow.com):http://dev.firnow.com/course/6_system/linux/Linuxjs/20091209/184488.html

 

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1、GDB基本组成：
   GDB由三个部分组成：
 （1）用户接口user interface，除支持传统的CLI接口还支持mi接口（ddd等工具使用）
 （2）符号处理层symbol handling，当gdb ./debugme后GDB会读取文件的符号信息，之后的原代码，变量/函数/类型的显示都由该部分进行(everything you can do without live process)。
 （3）目标系统处理层target system handling。包括执行控制，断点设置，单步执行，堆栈分析等操作都有该部分来进行。
 
2、GDB各部分的实现：
 （1）用户接口层(CLI)的实现很显然要用到readline/history库，而图形界面mi则需要用到:GNU ncurses库。
   参考资料： http://www.gnu.org/software/ncurses/
          http://tiswww.case.edu/php/chet/readline/rltop.html
         
 （2）符号处理层则需要使用到：BFD/Opcodes库，分别用来读取分析ELF/Core文件，反汇编.
  参考资料： http://www.xfocus.net/articles/200109/265.html
     http://sourceware.org/binutils/docs/bfd/index.html#Top
     http://www.linuxselfhelp.com/gnu/bfd/html_chapter/bfd_toc.html
    
 （3）目标系统控制层：用ptrace系统调用来实现对其他进程的执行控制，检查和改变其核心映像以及寄存器等操作。
 
  
3、后端（目标系统控制层）实现：
 （1）内核在执行用户请求的系统调用之前回检查当前进程是否处于被“跟踪”状态，如果是的话内核暂停当前进程并将控制权交给调试进程，使跟踪调试进程可以查看甚至修改被调试进程的内存，寄存器等数据。而ptrace函数的作用就是告诉内核在执行子进程的系统调用之前做的动作。所有的动作都可以通过request进行传入。
 （2）设置断点原理：通过查找输入的断点和具体代码位置对应起来，并在该位置替换为一条断点指令，并且保存以前的指令，到目标程序运行到该断点处时，产生SIGTRAP信号，该信号被GDB捕获，GDB查找断点列表来确定是否命中断点。继续执行的时候则会把保存的指令重新放回并执行。n/s/ni/si/finish/uitil也会自动设置断点。
 （3）内核传递给被调试进程所有的信号，都会先传递给GDB再由gdb采取定义的动作来和被调试进程之间进行相互协调操作。gdb暂停目标程序运行的方法是向其发送SIGSTOP信号，GDB对于随机信号（非GDB产生的）的处理包括，可以通过handle signals命令来预定义
 
4、 ptrace函数简单介绍：long ptrace(enum __ptrace_request request, pid_t pid, void *addr, void *data);其中第一个参数代表告诉给kernel要做的动作。
 PTRACE_ME：设置自己的被跟踪标志，在被调试进程中使用。
 PTRACE_PEEKUSER：可以得到系统调用号及参数信息
 PTRACE_CONT：使被跟踪进程继续执行
 PRACE_GETREGS：一次性得到所有寄存器相关的值，提供输出参数
 PTRACE_POKEDATA：可用来改变子进程中变量的值
 PTRACE_SINGLESTEP：会使内核在子进程的每一条指令执行前先将其阻塞，然后将控制权交给父进程
 PTRACE_ATTACH：向运行着的子进程置上跟踪标志为。
 PTRACE_DETACH：和上面的行为相反。
很多工具strace/ltrace/stuss等工具都用到了ptrace，学习ptrace的最好的资料是这些工具的原代码和kernel相关代码。
 
其他参考资料：
1）Ptrace相关资料: http://linuxgazette.net/issue81/sandeep.html
       http://blog.chinaunix.net/u/19651/showart_362901.html //玩转ptrace系列
       http://blog.chinaunix.net/u/19651/showart_362921.html
      
2）GDB的实现说明： 《gdb Internals》