GDB中断原理

最新推荐文章于 2024-02-26 23:59:24 发布
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分类专栏： Linux
本文深入探讨了GDB调试器中断点的工作原理。详细解释了如何通过修改指令为特定地址设置断点，以及断点如何在不影响程序运行效率的情况下工作。此外，还介绍了条件断点的概念及其软硬件实现方式。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

gdb的断点是基于信号（signal）实现的

在某个地址增加一个断点，实际上就是修改那个地址的代码，把原来的代码替换成INT 3指令，同时让gdb捕获这个signal并做相应的处理：包括执行被替换掉的指令，并跳转回来。

因此，只要断点不被走到，那么断点就不会影响程序的运行效率；因为程序的其他地方都没改变，该怎么运行还是怎么运行。


gdb在遇到断点之后可以做很多事情

包括：

停下来等用户处理

自动继续

自动执行一些gdb指令（用commands命令可以配置断点的自动执行）

判断条件是否要停下来（这就是大名鼎鼎的条件断点）


在走到断点之后，不管是路过还是停下来，都会影响性能

因为通常到了断点就会通过INT3停下来。

只是条件断点有点特别，它分为软件和硬件两种。这是因为条件断点这个需求太普遍了，因此有人就想了一个办法从硬件支持一部分：在x86平台，某些条件断点可以不插入INT 3，而是插入一个其他指令，当程序走到这个地址的时候，并不是直接发出INT 3信号，而是先去比较一下特定寄存器和某个地址的内容，再决定要不要INT 3。

如果能采用硬件条件断点，会比软件条件断点的性能好很多。搜索‘硬件断点寄 存器’会找到更多信息。

本文转自：http://blog.youkuaiyun.com/turkeyzhou/article/details/8725280

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GDB断点
techenliu的博客
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gdb断点转载
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Linux gdb调试底层原理 INT3中断 断点底层原理
GDB设计原理
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1. 普通断点 根据代码行数设置断点是最常见的一种方式，在debug程序运行前就可以进行断点的配置。如： (gdb) b src/main.cpp:127 当程序执行到main.cpp文件的第127行时就会出发断点。 2. 条件断点 顾名思义，这种断点是当满足一定条件时才会触发，比较适合进行异常排查。设置方式(gdb)break line-or-function if (conditio...
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### GDB 断点的底层实现原理与 `ptrace` 的机制 GDB 的断点功能依赖于 `ptrace` 系统调用，通过该系统调用可以实现对目标进程的控制和观察。以下是关于 GDB 断点实现的具体机制： #### 1. `ptrace` 在断点中的作用 `ptrace` 是一个关键的系统调用，允许调试器（如 GDB）对被调试进程进行控制。当设置断点时，GDB 使用 `ptrace` 修改目标进程的内存或寄存器状态，并在断点触发后恢复原状[^1]。 #### 2. 设置断点的过程 断点的实现通常包括以下几个步骤： - **修改指令**：GDB 将目标地址处的原始指令替换为特殊的中断指令（如 `int3` 或 `0xCC`），这是一条单字节指令，用于触发硬件中断。 - **捕获信号**：当目标进程执行到 `int3` 指令时，会生成一个 `SIGTRAP` 信号。GDB 捕获该信号并暂停目标进程的执行。 - **恢复指令**：GDB 恢复原始指令，并将程序计数器（PC）回退到断点位置，以便重新执行原始指令。 - **继续执行**：目标进程继续运行，直到下一个断点或调试事件发生。 #### 3. 示例代码：使用 `ptrace` 设置断点 以下是一个简化的代码示例，展示如何通过 `ptrace` 实现断点功能： ```c #include <stdio.h> #include <sys/ptrace.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <unistd.h> #include <stdint.h> #define BREAKPOINT_INSTRUCTION 0xCC void set_breakpoint(pid_t pid, uintptr_t address) { uint32_t orig_instruction = ptrace(PTRACE_PEEKTEXT, pid, address, NULL); // 读取原始指令 printf("Original instruction: %x\n", orig_instruction); // 替换为断点指令 ptrace(PTRACE_POKETEXT, pid, address, (orig_instruction & ~0xFF) | BREAKPOINT_INSTRUCTION); } void restore_instruction(pid_t pid, uintptr_t address, uint32_t orig_instruction) { // 恢复原始指令 ptrace(PTRACE_POKETEXT, pid, address, orig_instruction); } int main() { pid_t child = fork(); if (child == 0) { ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, NULL, NULL); // 请求被追踪 execl("/bin/ls", "ls", NULL); // 替换为目标程序 } else { wait(NULL); // 等待子进程停止 uintptr_t breakpoint_address = 0x400000; // 假设的目标地址 set_breakpoint(child, breakpoint_address); // 继续运行子进程 ptrace(PTRACE_CONT, child, NULL, NULL); wait(NULL); // 恢复原始指令 uint32_t orig_instruction = (ptrace(PTRACE_PEEKTEXT, child, breakpoint_address, NULL) & ~0xFF) | (BREAKPOINT_INSTRUCTION ^ 0xFF); restore_instruction(child, breakpoint_address, orig_instruction); ptrace(PTRACE_CONT, child, NULL, NULL); // 继续运行 } return 0; } ``` #### 4. 单步执行的实现 单步执行是通过 `PTRACE_SINGLESTEP` 请求实现的。当目标进程执行完一条指令后，会生成一个 `SIGTRAP` 信号，调试器捕获该信号并分析当前状态[^4]。 ```c ptrace(PTRACE_SINGLESTEP, pid, NULL, NULL); // 单步执行 wait(&status); // 等待目标进程停止 ``` #### 5. 获取寄存器状态 通过 `PTRACE_GETREGS` 和 `PTRACE_SETREGS` 请求，可以获取或设置目标进程的寄存器状态。例如，获取程序计数器（PC）的值： ```c struct user_regs_struct regs; ptrace(PTRACE_GETREGS, pid, NULL, &regs); printf("Program Counter: %lx\n", regs.rip); // x86_64 架构下的 RIP 寄存器 ``` ###
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