GDB（GNU Debugger）是由Richard Stallman在1986年编写的开源调试器，作为GNU系统的一部分。它是一款功能强大的便携式调试工具，可以在许多类UNIX系统上运行，并支持包括C、C++在内的多种编程语言。
GDB的核心工作原理基于Linux内核提供的ptrace系统调用。当启动GDB调试程序时，会创建一个父子进程关系：GDB作为父进程，被调试程序作为子进程。子进程通过调用ptrace(PTRACE_TRACEME)将自己设置为被跟踪模式，而父进程（GDB）则可以通过ptrace系统调用来监控和控制子进程的执行流程，包括检查和修改其内存映像及寄存器。
GDB调试的实现完全建立在信号机制的基础上。当使用ptrace系统调用建立调试关系后，交付给目标程序的任何信号都会首先被GDB截获。例如，当设置断点时，GDB会在断点位置写入断点指令INT3（0xCC），当目标程序执行到该指令时会触发SIGTRAP信号，GDB捕获该信号并暂停程序执行。
一、GDB调试配置
在开始调试前，必须确保程序编译时包含调试信息。这是GDB调试的前提条件，没有调试信息的程序无法进行有效的调试。
1. 编译选项设置
使用GCC/G++编译时，必须添加-g选项来生成调试信息：
gcc -g -o program program.c
-g选项会告诉编译器生成调试符号信息，包括：
- 变量的名字和类型
- 源代码中对应的行号
- 函数调用栈的信息
调试信息通常嵌入到ELF可执行文件的特殊节区中，如
.debug_info、.debug_line等。GCC默认生成DWARF格式的调试信息。
2. 优化选项与调试
在调试时，建议使用-O0选项（无优化）来确保调试体验最佳：
gcc -O0 -g -o program program.c
优化选项会影响调试体验，因为优化可能会改变程序的执行流程。如果需要保留部分优化但仍能调试，可以使用较低的优化级别如-O1或-O2。
3. Makefile配置
在项目中，通常使用Makefile进行构建。要在Makefile中启用调试支持，需要在编译选项中添加-g：
# 基本Makefile配置
CFLAGS = -Wall -O0 -g # C语言编译选项
CXXFLAGS = -Wall -O0 -g # C++编译选项
LDFLAGS = -g # 链接选项
TARGET = my_program
SOURCES = main.c utils.c
OBJECTS = $(SOURCES:.c=.o)
all: $(TARGET)
$(TARGET): $(OBJECTS)
$(CC) $(LDFLAGS) -o $@ $^
clean:
rm -f $(OBJECTS) $(TARGET)
二、GDB操作使用
2.1 启动GDB与加载程序
2.1.1 启动GDB的多种方式
GDB提供了多种启动和加载程序的方式：
- 直接启动并加载程序：
gdb <program>
- 启动时指定参数：
gdb <program> --args <arguments>
- 先启动GDB再加载程序：在
gdb环境中使用file <program>命令
- 调试core文件：
gdb <program> core，用于分析程序崩溃时生成的core dump文件
- attach到正在运行的进程：
gdb attach <pid>，可以调试一个已经在运行的进程，这是一个非常有用的调试手段。
2.1.2 命令行参数传递
- 设置参数：
(gdb) set args arg1 arg2 arg3
- 查看参数：
(gdb) show args
- 在启动时传递参数：
(gdb) run arg1 arg2 arg3
2.2 GDB命令基础与帮助系统
2.2.1 命令格式与语法
GDB命令基本语法为：command [arguments] [options]
GDB支持命令缩写（如break可缩写为b）、Tab补全、历史记录和快捷键。
2.2.2 帮助系统使用
学会使用帮助系统是掌握GDB的关键：
(gdb) help：查看所有命令分类(gdb) help <class>：查看指定分类的命令，如help breakpoints(gdb) help <command>：查看指定命令的详细说明(gdb) apropos <keyword>：搜索包含指定关键词的命令(gdb) show version：显示当前GDB版本
2.3 基本调试流程示例
为了更好地理解GDB的基本操作，这里通过一个简单的C程序来演示完整的调试流程。
2.3.1 示例程序准备
创建一个简单的C程序sum.c：
#include <stdio.h>
int sum(int a, int b) {
int result = a + b;
return result;
}
int main() {
int x = 5;
int y = 3;
int z = sum(x, y);
printf("The sum of %d and %d is %d\n", x, y, z);
return 0;
}
使用GCC编译并包含调试信息：gcc -g -o sum sum.c
2.3.2 启动GDB并加载程序
- 启动GDB并加载程序：
gdb sum
- 查看程序信息：
(gdb) info files
- 查看源代码：
(gdb) list main
2.4 设置断点与程序执行控制
2.4.1 断点设置方法
断点是调试中最基本也是最重要的功能之一：
- 函数入口：
(gdb) break main 或 (gdb) b main
- 指定行号：
(gdb) break sum.c:10
- 内存地址：
(gdb) break *0x4005a3
- 临时断点（触发一次后自动删除）：
(gdb) tbreak <location>
- 硬件断点：
(gdb) hbreak <location>，适用于ROM/EPROM代码调试
2.4.2 断点管理命令
- 查看所有断点：
(gdb) info breakpoints 或 (gdb) info b
- 删除断点：
(gdb) delete 1 或 (gdb) d 1
- 删除所有断点：
(gdb) delete breakpoints 或 (gdb) d
- 禁用/启用断点：
(gdb) disable <number> / (gdb) enable <number>
2.4.3 程序执行控制
- 启动程序：
(gdb) run 或 (gdb) r
- 继续执行：
(gdb) continue 或 (gdb) c，直到遇到下一个断点
- 单步执行（进入函数）：
(gdb) step 或 (gdb) s
- 单步执行（不进入函数）：
(gdb) next 或 (gdb) n
- 执行到指定位置：
(gdb) until <location>
- 跳转到指定位置：
(gdb) jump <location>，可用于跳过错误代码
2.5 查看变量与内存
2.5.1 查看变量值
2.5.2 内存查看命令
- 查看内存命令：
(gdb) x/<format> <address>，x是examine的缩写
- 内存查看格式说明：
x/<n/f/u> <addr>
n：要显示的单元数量f：显示格式（x-十六进制, d-十进制, s-字符串等）u：每个单元的大小（b-字节, h-半字, w-字）
- 示例：
(gdb) x/3uh 0x54320 表示从地址0x54320开始，读取3个单元，每个单元2字节，按无符号十六进制显示。
- 查看字符串：
(gdb) x/s <address>
- 查看汇编指令：
(gdb) x/i <address>
2.6 函数调用栈分析
函数调用栈分析是调试复杂程序的重要工具，特别是在程序崩溃时。
2.7 简单调试案例演示
下面通过一个具体的例子来演示完整的调试流程。假设我们有一个排序程序gdb_sort_demo.c：
#include <stdio.h>
void select_sort(int arr[], int len) {
int i, j, min_idx;
for (i = 0; i < len - 1; i++) {
min_idx = i;
for (j = i + 1; j < len; j++) {
if (arr[j] < arr[min_idx]) {
min_idx = j;
}
}
int temp = arr[i];
arr[i] = arr[min_idx];
arr[min_idx] = temp;
}
}
int main() {
int arr[] = {64, 25, 12, 22, 11};
int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
select_sort(arr, len);
printf("Sorted array: ");
for (int i = 0; i < len; i++) {
printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}
编译并启动调试：
gcc -g -o gdb_sort_demo gdb_sort_demo.c
gdb gdb_sort_demo
调试步骤：
- 在
select_sort函数入口设置断点：(gdb) b select_sort
- 运行程序：
(gdb) run
- 程序停在函数入口，查看参数：
(gdb) p arr， (gdb) p len
- 单步进入循环：
(gdb) s
- 在
min_idx赋值后查看其值：(gdb) p min_idx
- 继续执行直到排序完成：
(gdb) c
- 查看排序后的数组：
(gdb) p arr
通过这个例子，我们演示了如何设置断点、单步调试、查看变量等基本操作。在实际的Linux环境下，你可以根据程序的复杂度和问题类型，灵活运用这些功能进行高效的调试。
发表于 昨天 07:23
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