学习GDB

GDB是linux调试的基本工具，虽然比起windbg来说略显简陋，但也没办法，linux的调试工具只有它了。文章慢慢补充，知识慢慢积累，不急。

周末学习成果：

gdb, gcc,g++先要安装，就不讲了，linux系统都是自带的，手工升级太难，就用系统自带的吧。

• gcc: C语言环境：sudo apt-get install gcc
• g++: c++语言环境: sudo apt-get install g++

目录

第一讲：程序控制命令

第二讲：设置断点

第三讲：查看变量

第四讲：生成core文件

第五讲：多线程调试

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第一讲：程序控制命令

GDB命令格式：

• gdb [option] [exec or process id]

加载和退出：

• gdb: 可以直接加载文件运行
• 可以通过file命令加载程序调试
• kill: 终止正在调试的程序
• quit：退出gdb调试环境

程序控制命令：

• run:程序开始执行
• continue： 运行到下一个断点
• next: 下一条指令
• step: 运行到下一条指令，可以进入函数
• demo程序用于练手

gehello.c
#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[]) {
    int loops = 100;
    if(argc>1)
        loops = atoi(argv[1]);
    
    for(int i=0;i<loops;i++) {
        sleep(1);
        cout << "Hello world from gedu!" << endl;
    }
    return 0;
}

程序就是循环sleep，避免无法调试。

g++ -g -o gegdb gehello.c

gdb gegdb

r  -- run表示运行
ctlr+c --退出运行状态
c  -- contiune继续运行
ctrl+c
bt -- backtrace 显示栈
显示顺序：栈帧序号 函数地址 
frame 1 --回到1号栈帧
frame 0 --回到0号栈帧
disassemble 
左边是内存地址，指令偏移，指令助记符
stp---是把信息压栈--arm64  一次压一对pair:bp,lr

frame 3 --我们自己的代码
l  --list当前源码
disassemble
80位置是bl: branch and link
再敲bt
是从sleep返回的地址，是bl的下一条指令
kill  pid  --也能停下来

kill -s sigint 10310
kill -n 2 10321  --sigint
info signal
列出所有信号

info handle

handle sigint nostop
handle SIGINT nostop

ctrl-c停不下来

kill -s SIGSEGV pid  --段错误

bt
看到段错误

handle SIGINT stop

bt tab补齐

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第二讲：设置断点

• break 函数名 行号 
• info break 显示断点
• delete breakpoint 断点号
• clear 断点号
• disable breakpoint 断点号 禁止断点
• enable breakpoint 断点号
• save breakpoint aa.txt 保存到一个文本文件

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第三讲：查看变量

• list: 列出源代码
• watch 变量名：显示变化
• print 变量名：打印变量
• whatis 变量名或函数名: 显示类型
• Ptype: 显示数据结构的定义
• set args:设置程序运行参数
• Show args:显示运行参数

gex.c

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
struct Person {
    string name;
    int age;
    float height;
};
int main()
{
    int var=10;
    float floatvar=3.14f;
    char charvar='A';
    string stringvar="hello";
    int intArray[5]={1,2,3,4,5};
    Person person={'John',30,1.85f};
    int *ptrvar = new int(42);
    cout<<"integer:"<<var<<endl;
    cout<<"float:"<<floatvar<<endl;
    cout<<"char:"<<charvar<<endl;
    cout<<"string:"<<stringvar<<endl;
    cout<<"person name:"<<person.name<<endl;
    cout<<"pointer value:"<<*ptrvar<<endl;
    return 0;
}

b main --在main函数中断
i b --查看断点
r --运行起来
n --下一步
p var --显示未执行的值，随机值
n
p var --有值了
l --看一下代码
p floatvar
显示一个$1,$2...是啥意思？ gdb定义的伪变量
p $$  --上一个伪变量 
p charvar
p &charvar  --A\n--gdb变成字符串，偶然遇到了\n
p stringvar
p &stringvar[0]  --stl的string
pt stringvar --std::string 变量类型
p intArray
p intArray[0]
p intArray[1]@2  --打印1号开始的2个元素，指定范围
p person
p person.name
p ptrvar
info locals --显示所有局部变量
p *ptrvar
bt  --当前代码行，代表将要执行的
n
p *ptrvar --执行后正确了
p ptrvar --指针的值也不一样了

display var --和print的区别，print打印一次。display是个挂在那里的画，每次执行都显示。类似商店的橱窗。
用于经常变的变量。
常用：display $pc --程序指针是经常变化的。执行中程序指针不断移动。

修改变量值
set varaiable var=15
p var
info locals
set floatvar=5
set var charvar='b'

p $pc  --显示当前运行的指针
l --显示程序
bt --显示行号

修改变量值
set var var=1588
p var

display
info display --当前的橱窗展示

查看内存地址,观察原始内存
x /4xw &var -- 观察栈上的原始数据。 4表示个单元  x表示16进制，w表示word. word大小和平台相关，windows 16bit,linux下32bit
 

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第四讲：生成core文件

缺省是不生成core文件了，需要设置两个值：

1）cat /proc/sys/kernel/core_pattern

发现里面有个管道符|xxxx，这是缺省给放到其他文件中了？修改如下：

sudo su
echo "core-%e-%t" >/proc/sys/kernel/core_pattern

2）ulimit -c

0 --缺省不生成core文件，改为：

ulimit -c unlimited

core文件分析

制造一个空指针 gearr.c

#include <iostream>

int main() {
    int* ptr=nullptr;
    *ptr=10;
    return 0;
}

进入后的截图，bt只看到一行，不够丰富，bt -past-main on 就丰富了：

看变量p 变量名

看最近的10条指令 x   $pc

pc是当前指令

查看寄存器：i r

查看线程：thread apply all bt

只有一个线程，不太精彩。实际问题往往线程很多，这是打印线程堆栈的经典方法。

再练习一个数组越界问题：

/* array out of bound */
#include <stdio.h>
int main()
{
    int arr[5]={1,2,3,4,5};
    printf("indx 4=%d\n", arr[4]);
    printf("now attemp illegal access...\n");
    arr[10]=666;
    return 0;
}

~/gegdb$ g++ -g -ogearr2 gearr2.c 
~/gegdb$ ./gearr2
indx 4=5
now attemp illegal access...
段错误 (核心已转储)
~/gegdb$ 
这次看不到符号了：

(gdb) bt
#0  0x00007fb70000029a in ?? ()
#1  0x00007ffd14a0c0c0 in ?? ()
#2  0x00007ffd14a0c198 in ?? ()
#3  0x00000001f7b81040 in ?? ()
#4  0x00005577f7b82189 in frame_dummy ()
#5  0x00007ffd14a0c198 in ?? ()
#6  0xfee4326495406c11 in ?? ()
#7  0x0000000000000001 in ?? ()
#8  0x0000000000000000 in ?? ()
(gdb) x/10i $pc
=> 0x7fb70000029a:    Cannot access memory at address 0x7fb70000029a
这是栈被破坏了，显示栈上数据

(gdb) x/16gx $sp
0x7ffd14a0c080:    0x00007ffd14a0c0c0    0x00007ffd14a0c198
0x7ffd14a0c090:    0x00000001f7b81040    0x00005577f7b82189
0x7ffd14a0c0a0:    0x00007ffd14a0c198    0xfee4326495406c11
0x7ffd14a0c0b0:    0x0000000000000001    0x0000000000000000
0x7ffd14a0c0c0:    0x00005577f7b84db0    0x00007fb70d6a9000
0x7ffd14a0c0d0:    0xfee4326496606c11    0xfe7001ab14626c11
0x7ffd14a0c0e0:    0x00007ffd00000000    0x0000000000000000
0x7ffd14a0c0f0:    0x0000000000000000    0x0000000000000001
继续看栈

(gdb) x/100ga
0x7ffd14a0c100:    0x7ffd14a0c190    0xd1a13c2606089400
0x7ffd14a0c110:    0x7ffd14a0c170    0x7fb70d47028b <__libc_start_main_impl+139>
0x7ffd14a0c120:    0x7ffd14a0c1a8    0x5577f7b84db0
0x7ffd14a0c130:    0x7ffd14a0c1a8    0x5577f7b82189 <main()>
0x7ffd14a0c140:    0x0    0x0
0x7ffd14a0c150:    0x5577f7b820a0 <_start>    0x7ffd14a0c190
0x7ffd14a0c160:    0x0    0x0
0x7ffd14a0c170:    0x0    0x5577f7b820c5 <_start+37>
0x7ffd14a0c180:    0x7ffd14a0c188    0x38
0x7ffd14a0c190:    0x1    0x7ffd14a0e0b8
0x7ffd14a0c1a0:    0x0    0x7ffd14a0e0c1
0x7ffd14a0c1b0:    0x7ffd14a0e0d1    0x7ffd14a0e11d
0x7ffd14a0c1c0:    0x7ffd14a0e130    0x7ffd14a0e144
程序指针的值：

(gdb) p $pc
$1 = (void (*)(void)) 0x7fb70000029a
(gdb) info sharedlibrary 
From                To                  Syms Read   Shared Object Library
0x00007fb70d46e800  0x00007fb70d5f5c8d  Yes         /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
0x00007fb70d672000  0x00007fb70d69c195  Yes         /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
程序指针不在代码段了，跑飞了。常见情况是栈溢出了。

退出来单步跟踪这个gearr2

arr[10]是函数返回地址，被覆盖了。

(gdb) p &arr[10]
$2 = (int *) 0x7fffffffdbe8
(gdb) x/gx &arr[10]
0x7fffffffdbe8:    0x00007ffff7dbe1ca
(gdb) info symbol 0x00007ffff7dbe1ca
__libc_start_call_main + 122 in section .text of /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
(gdb) x/10i 0x00007ffff7dbe1ca
   0x7ffff7dbe1ca <__libc_start_call_main+122>:    mov    %eax,%edi
   0x7ffff7dbe1cc <__libc_start_call_main+124>:    call   0x7ffff7ddbb90 <__GI_exit>
   0x7ffff7dbe1d1 <__libc_start_call_main+129>:    
    call   0x7ffff7e2d280 <__GI___nptl_deallocate_tsd>
   0x7ffff7dbe1d6 <__libc_start_call_main+134>:    
    lock subl $0x1,0x1d8ef2(%rip)        # 0x7ffff7f970d0 <__nptl_nthreads>
   0x7ffff7dbe1de <__libc_start_call_main+142>:    
    je     0x7ffff7dbe1f0 <__libc_start_call_main+160>
   0x7ffff7dbe1e0 <__libc_start_call_main+144>:    mov    $0x3c,%edx
   0x7ffff7dbe1e5 <__libc_start_call_main+149>:    nopl   (%rax)
   0x7ffff7dbe1e8 <__libc_start_call_main+152>:    xor    %edi,%edi
   0x7ffff7dbe1ea <__libc_start_call_main+154>:    mov    %edx,%eax
   0x7ffff7dbe1ec <__libc_start_call_main+156>:    syscall
 

(gdb) x/20ga $sp
0x7fffffffdbc0:    0x200000001    0x400000003
0x7fffffffdbd0:    0x7fff00000005    0x8931b396f301d300
0x7fffffffdbe0:    0x7fffffffdc80    0x7ffff7dbe1ca <__libc_start_call_main+122>
0x7fffffffdbf0:    0x7fffffffdc30    0x7fffffffdd08
0x7fffffffdc00:    0x155554040    0x555555555189 <main()>
0x7fffffffdc10:    0x7fffffffdd08    0x7c20670a3ee608f
0x7fffffffdc20:    0x1    0x0
0x7fffffffdc30:    0x555555557db0    0x7ffff7ffd000 <_rtld_global>
0x7fffffffdc40:    0x7c20670ad0e608f    0x7c21638d9ec608f
0x7fffffffdc50:    0x7fff00000000    0x0
(gdb) n
9        return 0;
(gdb) x/20ga $sp
0x7fffffffdbc0:    0x200000001    0x400000003
0x7fffffffdbd0:    0x7fff00000005    0x8931b396f301d300
0x7fffffffdbe0:    0x7fffffffdc80    0x7fff0000029a
0x7fffffffdbf0:    0x7fffffffdc30    0x7fffffffdd08
0x7fffffffdc00:    0x155554040    0x555555555189 <main()>
0x7fffffffdc10:    0x7fffffffdd08    0x7c20670a3ee608f
0x7fffffffdc20:    0x1    0x0
0x7fffffffdc30:    0x555555557db0    0x7ffff7ffd000 <_rtld_global>
0x7fffffffdc40:    0x7c20670ad0e608f    0x7c21638d9ec608f
0x7fffffffdc50:    0x7fff00000000    0x0
(gdb) p/x 666
$3 = 0x29a
(gdb) bt -past-main on
#0  main () at gearr2.c:9
#1  0x00007fff0000029a in ?? ()
#2  0x00007fffffffdc30 in ?? ()
(gdb) x/10i $pc
=> 0x5555555551f6 <main()+109>:    mov    $0x0,%eax
   0x5555555551fb <main()+114>:    mov    -0x8(%rbp),%rdx
   0x5555555551ff <main()+118>:    sub    %fs:0x28,%rdx
   0x555555555208 <main()+127>:    je     0x55555555520f <main()+134>
   0x55555555520a <main()+129>:    call   0x555555555080 <__stack_chk_fail@plt>
   0x55555555520f <main()+134>:    leave
   0x555555555210 <main()+135>:    ret
   0x555555555211:    add    %al,(%rax)
   0x555555555213:    add    %dh,%bl
   0x555555555215 <_fini+1>:    nop    %edx
(gdb) disp/3i $pc
1: x/3i $pc
=> 0x5555555551f6 <main()+109>:    mov    $0x0,%eax
   0x5555555551fb <main()+114>:    mov    -0x8(%rbp),%rdx
   0x5555555551ff <main()+118>:    sub    %fs:0x28,%rdx
(gdb) ni
10    }
1: x/3i $pc
=> 0x5555555551fb <main()+114>:    mov    -0x8(%rbp),%rdx
   0x5555555551ff <main()+118>:    sub    %fs:0x28,%rdx
   0x555555555208 <main()+127>:    je     0x55555555520f <main()+134>
(gdb) ni
0x00005555555551ff    10    }
1: x/3i $pc
=> 0x5555555551ff <main()+118>:    sub    %fs:0x28,%rdx
   0x555555555208 <main()+127>:    je     0x55555555520f <main()+134>
   0x55555555520a <main()+129>:    call   0x555555555080 <__stack_chk_fail@plt>
(gdb) 
0x0000555555555208    10    }
1: x/3i $pc
=> 0x555555555208 <main()+127>:    je     0x55555555520f <main()+134>
   0x55555555520a <main()+129>:    call   0x555555555080 <__stack_chk_fail@plt>
   0x55555555520f <main()+134>:    leave
(gdb) 
0x000055555555520f    10    }
1: x/3i $pc
=> 0x55555555520f <main()+134>:    leave
   0x555555555210 <main()+135>:    ret
   0x555555555211:    add    %al,(%rax)
(gdb) 
0x0000555555555210    10    }
1: x/3i $pc
=> 0x555555555210 <main()+135>:    ret
   0x555555555211:    add    %al,(%rax)
   0x555555555213:    add    %dh,%bl
(gdb) x/1gx $sp
0x7fffffffdbe8:    0x00007fff0000029a
(gdb) ni
0x00007fff0000029a in ?? ()
1: x/3i $pc
=> 0x7fff0000029a:    <error: Cannot access memory at address 0x7fff0000029a>
----------------------------------------------------

第五讲：多线程调试

例子程序，启动两个线程

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

int x=0,y=0;
pthread_t pthid1,pthid2;
void *pth1_main(void *arg);
void *pth2_main(void *arg);

int main() 
{
    if(pthread_create(&pthid1,NULL,pth1_main,(void*)0)!=0)
    {
        printf("create pthid1 failed\n");
        return -1;
    }
    if(pthread_create(&pthid2,NULL,pth2_main,(void*)0)!=0)
    {
        printf("create pthid2 failed\n");
        return -1;
    }

    printf("thread1\n");
    pthread_join(pthid1,NULL);
    printf("thread2\n");
    pthread_join(pthid2,NULL);
    printf("waiting...\n");
    return 0;
}
void *pth1_main(void *arg)
{
    for(x=0;x<100;x++)
    {
        printf("x=%d\n",x);
        sleep(1);
    }
    pthread_exit(NULL);
}
void *pth2_main(void *arg)
{
    for(y=0;y<100;y++)
    {
        printf("y=%d\n",y);
        sleep(1);
    }
    pthread_exit(NULL);
}

ps aux | grep gethread  --查看进程
ps -aL | grep gethread  --查看线程
pstree -p pid  --查看主线程和子线程关系
gdb -p pid
info threads  *代表gdb眼里的当前线程，目前观察的，比如bt就是当前线程
主线程栈帧3，jion等待其他两个线程会和后再继续。
栈帧1：wait_common
thread 2
info threads *在2号线程了
frame 3 --3号栈帧的源码 thread_start
frame 1 --2号栈帧的源码
thread apply all bt

b 32
b 13
b 41
i b
没有在自己的程序中,所以行号是系统函数的。
b main 然后设置断点，这样才是自己的程序中的行号。
clear 
b main
r
b 13
b 32
b 41
r

set sheduler-locking on  --只执行2号线程。集中注意力只调试某个线程。
watch y
执行2号线程了
thread 2
bt
frame 3
p x
set sheduler-locking on --全部线程执行了

thread apply 3 n
这是3号线程单步执行，其实其他线程也跑了一步

线程执行时间
time ./gethread

qwq:~/gegdb$ ps aux|grep gethread
xxx        12264  0.0  0.0  19072  1036 pts/0    Sl+  22:15   0:00 ./gethread
xxx        12268  0.0  0.0  12260  2188 pts/1    S+   22:15   0:00 grep --color=auto gethread
qwq:~/gegdb$ ps -aL|grep gethread
  12264   12264 pts/0    00:00:00 gethread
  12264   12265 pts/0    00:00:00 gethread
  12264   12266 pts/0    00:00:00 gethread
@qwq:~/gegdb$ pstree 12264
@qwq:~/gegdb$ pstree -p 12264
@qwq:~/gegdb$ ps -aL|grep gethread
  12285   12285 pts/0    00:00:00 gethread
  12285   12286 pts/0    00:00:00 gethread
  12285   12287 pts/0    00:00:00 gethread
@qwq:~/gegdb$ pstree -p 12285
gethread(12285)─┬─{gethread}(12286)
                └─{gethread}(12287)
 

qwq:~/gegdb$ gdb -p 12303
@qwq:~/gegdb$ sudo gdb -p 12321
(gdb) info threads 
  Id   Target Id                                    Frame 
* 1    Thread 0x7fdb36f68740 (LWP 12321) "gethread" 0x00007fdb37003d61 in __futex_abstimed_wait_common64 (private=128, cancel=true, abstime=0x0, op=265, expected=12322, 
    futex_word=0x7fdb36f67990) at ./nptl/futex-internal.c:57
  2    Thread 0x7fdb367666c0 (LWP 12323) "gethread" 0x00007fdb37057adf in __GI___clock_nanosleep (clock_id=clock_id@entry=0, flags=flags@entry=0, req=req@entry=0x7fdb36765e70, 
    rem=rem@entry=0x7fdb36765e70) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/clock_nanosleep.c:78
  3    Thread 0x7fdb36f676c0 (LWP 12322) "gethread" 0x00007fdb37057adf in __GI___clock_nanosleep (clock_id=clock_id@entry=0, flags=flags@entry=0, req=req@entry=0x7fdb36f66e70, 
    rem=rem@entry=0x7fdb36f66e70) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/clock_nanosleep.c:78
多线程看堆栈

(gdb) thread apply all bt

Thread 3 (Thread 0x7fdb36f676c0 (LWP 12322) "gethread"):
#0  0x00007fdb37057adf in __GI___clock_nanosleep (clock_id=clock_id@entry=0, flags=flags@entry=0, req=req@entry=0x7fdb36f66e70, rem=rem@entry=0x7fdb36f66e70) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/clock_nanosleep.c:78
#1  0x00007fdb37064a27 in __GI___nanosleep (req=req@entry=0x7fdb36f66e70, rem=rem@entry=0x7fdb36f66e70) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/nanosleep.c:25
#2  0x00007fdb37079c63 in __sleep (seconds=0) at ../sysdeps/posix/sleep.c:55
#3  0x0000563bd815530c in pth1_main (arg=0x0) at gethread.c:35
#4  0x00007fdb37007a94 in start_thread (arg=<optimized out>) at ./nptl/pthread_create.c:447
#5  0x00007fdb37094c3c in clone3 () at ../sysdeps/unix/sysv/linux/x86_64/clone3.S:78

Thread 2 (Thread 0x7fdb367666c0 (LWP 12323) "gethread"):
#0  0x00007fdb37057adf in __GI___clock_nanosleep (clock_id=clock_id@entry=0, flags=flags@entry=0, req=req@entry=0x7fdb36765e70, rem=rem@entry=0x7fdb36765e70) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/clock_nanosleep.c:78
#1  0x00007fdb37064a27 in __GI___nanosleep (req=req@entry=0x7fdb36765e70, rem=rem@entry=0x7fdb36765e70) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/nanosleep.c:25
#2  0x00007fdb37079c63 in __sleep (seconds=0) at ../sysdeps/posix/sleep.c:55
#3  0x0000563bd8155372 in pth2_main (arg=0x0) at gethread.c:44
#4  0x00007fdb37007a94 in start_thread (arg=<optimized out>) at ./nptl/pthread_create.c:447
#5  0x00007fdb37094c3c in clone3 () at ../sysdeps/unix/sysv/linux/x86_64/clone3.S:78
--Type <RET> for more, q to quit, c to continue without paging--

Thread 1 (Thread 0x7fdb36f68740 (LWP 12321) "gethread"):
#0  0x00007fdb37003d61 in __futex_abstimed_wait_common64 (private=128, cancel=true, abstime=0x0, op=265, expected=12322, futex_word=0x7fdb36f67990) at ./nptl/futex-internal.c:57
#1  __futex_abstimed_wait_common (cancel=true, private=128, abstime=0x0, clockid=0, expected=12322, futex_word=0x7fdb36f67990) at ./nptl/futex-internal.c:87
#2  __GI___futex_abstimed_wait_cancelable64 (futex_word=futex_word@entry=0x7fdb36f67990, expected=12322, clockid=clockid@entry=0, abstime=abstime@entry=0x0, private=private@entry=128) at ./nptl/futex-internal.c:139
#3  0x00007fdb37009793 in __pthread_clockjoin_ex (threadid=140579496687296, thread_return=0x0, clockid=0, abstime=0x0, block=<optimized out>) at ./nptl/pthread_join_common.c:102
#4  0x0000563bd8155291 in main () at gethread.c:24