Linux基礎 30分鐘GDB調試快速突破

引言 Linus心靈雞湯

　　在*nix開發中有道卡叫gdb調試,不管你怎麼搞. 它依然在那絲毫不會松動.今天致敬一個 活著的傳奇 Linus Torvalds

　　Unix 始於上個世紀60年代，在70年代得到了迅猛的發展，

這時候的李納斯還躺在祖父公寓的搖籃裡睡大覺，如果不是後來 Unix 王國自亂陣腳，

出現陣營分裂和法律糾紛，可能 Linux 系統根本都不會出現。真實的情況是，

Unix 浪費了大把的時間和機會，似乎就是為了等待這個大鼻子、頭發紛亂的芬蘭小子長大，然後一決高下。

　　李納斯贏得了自己的時間，他一刻不停的磨練自己的技藝，在清晨的微光中練習算法，

在赫爾辛基的雪山上編譯代碼，隨時隨地補充的糧草和武器。

二十一年之後，李納斯撫著雪亮的刀鋒上路了，他要去追尋屬於程序員的最高榮耀。[

　　I simply know better than you, that's why I'm your god.

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　- - Linus Torvalds

]

前言 gdb 開始調試開始上手

1. 開啟core, 采集程序崩潰的狀態

　　首先你跟著我做開啟core崩潰狀態采集. 可以通過 ulimit -c 查看 如果是0表示沒有開啟. 開啟按照下面操作

su root

vi /etc/profile
Shift + G
i
# No core files by default 0, unlimited is oo
ulimit -S -c unlimited > /dev/null 2>&1
wq!

source /etc/profile

上面shell 操作是 在 /etc/profile 最後一行添加 上面設置全局開啟 core文件調試,大小不限. 最後 立即生效.

再跟著我做, 因為生成的core文件同名會覆蓋. 這裡為其加上一個 core命名規則, 讓其變成 [core.pid] 格式.

su root

vi /etc/sysctl.conf
Shift + G
i

# open, add core.pid 
kernel.core_uses_pid = 1

wq!

sysctl -p /etc/sysctl.conf

在 /etc/sysctl.conf 文件中添加系統配置. 後面立即啟用. 最後是下面狀態表示core啟用都搞好了.

(上面是ubuntu 15.10 環境中, 後面測試用的是centos 6.4)

2. 簡單接觸 GDB , 開始調試 r n p

第一個演示代碼 heoo.c

#include <stdio.h>

int g_var = 0;

static int _add(int a, int b) {
    printf("_add callad, a:%d, b:%d\n", a, b);
    return a+b;
}

int main(void) {
    int n = 1;
    
    printf("one n=%d, g_var=%d\n", n, g_var);
    ++n;
    --n;
    
    g_var += 20;
    g_var -= 10;
    n = _add(1, g_var);
    printf("two n=%d, g_var=%d\n", n, g_var);
    
    return 0;
}

我們下面從圖說起.(如果用視頻說更好,文字和圖意義在於查詢方便.更簡約)

第一個命令 gdb heoo.out 表示 gdb加載 heoo.out 開始調試. 如果需要使用gdb調試的話編譯的時候 gcc 需要加上 -g命令.

其中l命令表示 查看加載源碼內容. 下面將演示如何加斷點.

r 表示調試的程序開始運行.

p 命令表示 打印值. n表示過程調試, 到下一步. 不管子過程如何都不進入. 直接一次跳過.

上面用的s 表示單步調試, 遇到子函數,會進入函數內部調試.

總結一下 . l 查看源碼 , b 加斷點, r 開始運行調試, n 下一步, s下一步但是會進入子函數. p 輸出數據.

到這裡gdb 基本會用了. 是不是也很容易. 直白. 小代碼可以隨便調試了.

看到這裡基礎知識普及完畢了. 後面可以不看了. 有機會再看. 好那我們接著扯.

正文 第一部分 gdb其它開發中用的命令

　　開始扯一點, linux總是敲命令操作, 也很不安全. 有時候暈了. 寫這樣編譯命令.

gcc -g -Wall -o heoo.c heoo.out

非常恐怖, heoo.c 代碼刪除了. heoo.out => heoo.c 先創建後生成失敗退出. 原先的內容被抹掉了. 哈哈. 服務器開發, 經驗不足, 熟練度不夠.自己都怕自己.

1. gdb 其它常用命令用法 c q b info

首先看 用到的調試文件 houge.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

/*
 * arr 只能是數組
 * 返回當前數組長度
 */
#define LEN(arr) (sizeof(arr)/sizeof(*arr))

// 簡單數組打印函數
static void _parrs(int a[], int len) {
    int i = -1;
    puts("當前數組內容值如下:");

    while(++i < len) 
        printf("%d ", a[i]);    
    putchar('\n');
}

// 簡單包裝宏, arr必須是數組
#define PARRS(arr) \
    _parrs(arr, LEN(arr))

#define _INT_OLD (23)

/*
 * 主函數,簡單測試
 * 測試 core文件, 
 * 測試 宏調試
 * 測試 堆棧內存信息
 */
int main(void) {
    int i;
    int a[_INT_OLD];
    int* ptr = NULL;    

    // 來個隨機數填充值吧
    srand((unsigned)time(NULL));
    for(i=0; i<LEN(a); ++i)
        a[i] = rand()%222;
    
    PARRS(a);

    //全員加double, 包含一個錯誤方便測試
    for(i=1; i<=LEN(a); ++i)
        a[i] <<= 1;
    PARRS(a);

    // 為了錯,強制錯
    *ptr = 0;

    return 0;
}

同樣需要仔細看下面圖中使用的命令. 首先對前言部分加深一些. 看下面

這個圖是前言的補充, c跳過直到下一個斷點處, q表示程序退出.

在 houge.c 中我們開始調試. 一運行段錯誤, 出現了我們的 core.pid 文件

通過 gdb houge.out core.27047 開始調試. 馬上定位出來了錯誤原因.

2. 調試 內存堆棧信息

剛開始 print a , 在main中當做數組處理.打印的信息多. 後面在_add函數中, a就是個形參數組地址.

主要看 info args 查看當前函數參數值

info locals 看當前函數棧上值信息, info registers 表示查看寄存器值.

後面查看內存信息 需要記得東西多一些. 先看圖

x /23dw a 意思是 查看 從a地址開始 23個 4字節 有符號十進制數 輸出.

關於x 更加詳細見下面

用gdb查看內存格式: 
    x /nfu ptr

說明
x 是 examine 的縮寫
n表示要顯示的內存單元的個數

f表示顯示方式, 可取如下值
x 按十六進制格式顯示變量。
d 按十進制格式顯示變量。
u 按十進制格式顯示無符號整型。
o 按八進制格式顯示變量。
t 按二進制格式顯示變量。
a 按十六進制格式顯示變量。
i 指令地址格式
c 按字符格式顯示變量。
f 按浮點數格式顯示變量。

u表示一個地址單元的長度
b表示單字節，
h表示雙字節，
w表示四字節，
g表示八字節

Format letters are o(octal), x(hex), d(decimal), u(unsigned decimal),
t(binary), f(float), a(address), i(instruction), c(char) and s(string).
Size letters are b(byte), h(halfword), w(word), g(giant, 8 bytes)

ptr 表示從那個地址開始

這個命令常用於監測內存變化.調試中特別常用.

3. gdb 設置條件斷點

很簡單 b 17 if i == 8. 在17行設置一個斷點,並且只有i==8的時候才會觸發.

4. gdb 刪除斷點

gdb 刪除有d 後面跟斷點索引1,2,3..

clear 行數或名稱. 刪除哪一行斷點. 看下面演示

到這裡 介紹的gdb調試技巧基本都夠用了. 感覺用圖形ide,例如vs調試也就用到這些了.

估計gdb調試突破20min過去了.夠用了. 後面可以不用看了.

正文 第二部分 gdb 多線程多進程調試

　　到這裡實戰中用的機會少了, 也就老鳥會用上些. 這部分可以調試,不好調試. 一般一調估計小半天就走了. 好,那我們處理最後10min.

1. 首先對上面正文第一部分加深 gdb調試宏

首先看上面命令

　　macro expand 宏(參數) => 得到宏導出內容.

　　info macro 宏名 => 宏定義內容

如果你需要用到上面gdb功能, 查看和導出宏的話.還需要gcc 支持,生成的時候加上 -ggdb3如下

gcc -Wall -ggdb3 -o houge.out houge.c

就可以使用了. 擴展一下 對於 gcc 編譯的有個過程叫做 預編譯 gcc -E -o *.i *.c.

這時候處理多數宏,直接展開, 也可以查看最後結果. 也算也是一個黑科技.

2. 開始多線程調試

首先看測試用例 dasheng.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

// 聲明一個都用的量
static int _old;

// 線程跑的函數
static void* _run(void* arg) {
    int piyo = 10;    
    int n = *(int*)arg;
    int i;
    
    //設置線程分離
    pthread_detach(pthread_self());
    
    for(i=0; i<n; ++i) {
        printf("n=%d, i=%d\n", n, i);
        ++_old;
        printf("n=%d, piyo = %d, _old=%d\n", n, piyo, _old);
    }

    return NULL;
}

#define _INT_PTX (3)

int main(void) {
    int i, rt, j;
    pthread_t tx[_INT_PTX];

    puts("main beign");    

    for(i=0; i<_INT_PTX; ++i) {
        // &i 是有問題的, 但是這裡為了測試, 可以亂搞
        rt = pthread_create(tx+i, NULL, _run, &i);
        if(rt < 0) {
            printf("pthread_create create error! rt = %d, i=%d\n", rt, i);
            break;
        }
    }

    //CPU忙等待
    for(j=0; j<1000000000; ++j)
        ;        
    puts("end");    

    return 0;
}

編譯命令

gcc -Wall -g -o dasheng.out dasheng.c -lpthread

那先看下面測試圖

上面 info threads 查看所有運行的線程信息. *表示當前調試的線程.

後面 l _run 表示查看 _run附近代碼. 當然還有 l 16 查看16行附近文件內容.

gdb多線程切換 測試如下

thread 3表示切換到第三個線程, info threads 第一列id 就是 thread 切換的id.

上面測試線程 就算你切換到 thread 3. 其它線程還是在跑的. 我們用下面命令 只讓待調試的線程跑. 其它線程阻塞.

set scheduler-locking on 開始多線程單獨調試. 不用了 設置 set scheduler-locking off 關閉. 又會回到你調試這個, 其它線程不阻塞.

總結 多線程調試常用就這三個實用命令

info threads

thread id

set scheduler-locking on/off

分別是查看,切換,設置同步調試.到這裡多線程調試基本完畢了.

3. 開始gdb 多進程調試

首先看 liaobude.c 測試代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

// 聲明一個都用的量
static int _old;

// 線程跑的函數
static void _run(int n) {
    int piyo = 10;    
    int i;
    
    ++n;    
    for(i=0; i<n; ++i) {
        printf("n=%d, i=%d\n", n, i);
        ++_old;
        printf("n=%d, piyo = %d, _old=%d\n", n, piyo, _old);
    }
}

#define _INT_PTX (3)

int main(void) {
    int i;
    pid_t rt;

    puts("main beign");    

    for(i=0; i<_INT_PTX; ++i) {
        // &i 是有問題的, 但是這裡為了測試, 可以亂搞
        rt = fork();
        if(rt < 0) {
            printf("fork clone error! rt = %d, i=%d\n", rt, i);
            break;
        }
        if(rt == 0) {
            _run(i);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }

    //等待子進程結束
    while((rt = waitpid(-1, NULL, WNOHANG))>=0) {
        if(rt < 0 && errno == EINTR)
            continue;
    }    
    
    puts("end");    

    // 這裡繼續等待 
    for(i=0; i<190; ++i){
        printf("等待 有緣人[%d]!\n", i);
        sleep(1);
    }    

    return 0;
}

編譯命令

gcc -Wall -g -o liaobude.out liaobude.c

其實對多進程調試, 先介紹一個 常用的, 調試正在運行的程序. 首先讓 ./liaobude.out 跑起來.

再通過 ps -ef 找到需要調試的進程. 復制進程文件描述符pid.

這時候啟動gdb.

attach pid

gdb就把pid那個進程加載進來了. 加載的進程會阻塞到當前正在運行的地方. 直到使用命令控制. 這個功能還是非常猛的.

最後介紹 進程調試的有關命令(需要最新的gdb才會支持). 多進程的調試思路和多線程調試流程很相似.

GDB可以同時調試多個程序。
只需要設置follow-fork-mode(默認值：parent)和detach-on-fork（默認值：on）即可。

   設置方法：set follow-fork-mode [parent|child]   set detach-on-fork [on|off]

   查詢正在調試的進程：info inferiors
   切換調試的進程： inferior <infer number>
    

具體的意思有

set follow-fork-mode [parent|child] set detach-on-fork [on|off]

parent on 只調試主進程（gdb默認）
child on 只調試子進程
parent off 同時調試兩個進程，gdb跟主進程，子進程block在fork位置
child off 同時調試兩個進程，gdb跟子進程，主進程block在fork位置

更加詳細的 gdb 多進程調試demo 可以參照 http://blog.csdn.net/pbymw8iwm/article/details/7876797

使用方式和線程調試思路是一樣的. 就是gdb 的命令換了字符. 工作中多進程調試遇到少.

遇到了很少用gdb調試. 會用下面2種調試好辦法

2) 寫單元測試

3) 打日志檢測日志,分析

到這裡 gdb30分鐘內容講解完畢. 多試試寫寫練一練, gdb基本突破沒有問題.

後記

　　錯誤是難免的, 有問題可以隨時交流. 拜~~, 周六下午愉快. 希望明天仍然是個好天氣~~