3.2. 使用 GDB 检查应用程序内部状态

若要查找应用无法正常工作的原因，请使用调试器控制其执行并检查其内部状态。本节论述了如何将 GNU Debugger(GDB)用于此任务。

3.2.1. GNU debugger(GDB)

Red Hat Enterprise Linux 包含 GNU debugger(GDB)，它可让您通过命令行用户界面调查程序内发生的情况。

GDB 功能

单个 GDB 会话可以调试以下类型的程序：

  • 多线程和 fork 程序
  • 一次多个程序
  • 远程机器上的程序或带有 gdbserver 工具的容器中的程序通过 TCP/IP 网络连接

调试要求

要调试任何可执行代码，GDB 需要该特定代码的调试信息：

  • 对于由您开发的程序，您可以在构建代码时创建调试信息。
  • 对于从软件包安装的系统程序，您必须安装其 debuginfo 软件包。

3.2.2. 将 GDB 附加到进程

要检查进程，GDB 必须附加到进程中。

先决条件

  • 在系统中必须安装 GDB

使用 GDB 启动程序

当程序没有作为进程运行时，使用 GDB 启动它： 

$ gdb program

使用到程序的文件名或路径替换 program。

GDB 设置为开始执行程序。在使用 run 命令开始执行进程前，您可以设置断点和 gdb 环境。

将 GDB 附加到已经运行的进程

将 GDB 附加到已作为进程运行的程序中：

  1. 使用 ps 命令查找进程 ID(pid)： 

    $ ps -C program -o pid h
 pid

    使用到程序的文件名或路径替换 program。

  2. 将 GDB 附加到此过程： 

    $ gdb -p pid

    使用 ps 输出中的实际进程 ID 编号替换 pid。

将已在运行的 GDB 附加到已经运行的进程

将已在运行的 GDB 附加到已经运行的程序中：

  1. 使用 shell GDB 命令运行 ps 命令，并查找程序的进程 ID(pid)： 

    (gdb) shell ps -C program -o pid h
 pid

    使用到程序的文件名或路径替换 program。

  2. 使用 attach 命令将 GDB 附加到程序： 

    (gdb) attach pid

    使用 ps 输出中的实际进程 ID 编号替换 pid。

注意

在某些情况下，GDB 可能无法找到对应的可执行文件。使用 file 命令指定路径： 

(gdb) file path/to/program

其他资源

3.2.3. 使用 GDB 检查程序代码

将 GDB 调试器附加到程序后，您可以使用一些命令来控制程序的执行。

先决条件

  • 您必须具有所需的调试信息：

    • 程序使用调试信息编译和构建，或者
    • 已安装相关的 debuginfo 软件包
  • GDB 必须附加到程序中才能被调试

GDB 命令逐步完成代码

r (run)
开始执行程序。如果使用任何参数执行 run，这些参数会像正常启动程序一样将这些参数传递给可执行文件。在设置断点后用户通常会发出此命令。
start
开始执行程序，但在程序的主函数的开头停止。如果使用任何参数执行 start，这些参数将传送到可执行文件，就如程序启动正常一样。
c (continue)

继续从当前状态执行程序。该程序的执行将继续进行，直到以下其中之一变为 true：

  • 已有一个断点。
  • 满足指定的条件。
  • 程序收到信号。
  • 发生错误。
  • 程序终止。
n (next)

继续从当前状态执行程序，直到达到当前源文件中的下一行代码。该程序的执行将继续进行，直到以下其中之一变为 true：

  • 已有一个断点。
  • 满足指定的条件。
  • 程序收到信号。
  • 发生错误。
  • 程序终止。
s (step)
step 命令还会在当前源文件中的每个后续代码行下停止执行。但是，如果执行目前在包含 函数调用 的源行停止，GDB 会在输入函数调用（而不是执行）后停止执行。
until location
继续执行，直到达到 location 选项指定的代码位置。
fini (finish)

恢复执行程序并在执行从功能返回时停止执行。该程序的执行将继续进行，直到以下其中之一变为 true：

  • 已有一个断点。
  • 满足指定的条件。
  • 程序收到信号。
  • 发生错误。
  • 程序终止。
q (quit)
终止执行并退出 GDB。

其他资源

3.2.4. 使用 GDB 显示程序内部值

显示程序内部变量的值对于了解程序正在执行的操作非常重要。GDB 提供多个命令，可用于检查内部变量。以下是这些命令中最有用的命令：

p (print)

显示所给定参数的值。通常，参数是任何复杂性的变量名称，从简单的单一值到结构。参数也可以是当前语言中有效的表达式，包括使用程序变量和库函数，或者在正在测试的程序中定义的函数。

可以使用 pretty-printer Python 或 Guile 脚本对 GDB 进行扩展，以使用 print 命令自定义显示数据结构（如类、结构）等。

bt (backtrace)

显示用于到达当前执行点的功能调用链，或者使用直到执行终止前所使用的功能链。这在调查严重错误（如分段错误）时非常有用，并带有严重原因。

在 backtrace 命令中添加 full 选项也会显示本地变量。

可以使用 帧过滤 Python 脚本扩展 GDB，以使用 bt 和 info 框架命令对显示的数据进行自定义显示。术语 帧（frame） 指的是与单个功能调用关联的数据。

info

info 命令是提供有关各种项目的通用命令。它取指定要描述的项目的选项。

  • info args 命令显示当前选择帧的功能调用选项。
  • info locals 命令在当前选定的框中显示本地变量。

如需可能的项目列表，请在 GDB 会话中运行命令 help info ： 

(gdb) help info
l (list)
显示程序停止的源代码中的行。此命令仅在程序执行停止时可用。虽然不是严格显示内部状态的命令，但 list 有助于用户了解执行程序在下一步中将发生对内部状态的更改。

其他资源

3.2.5. 使用 GDB 断点在定义的代码位置停止执行

通常，只调查一小部分代码。断点（breakpoints）是用来告诉 GDB 在代码中某个特定位置停止执行程序的标记。断点与源代码行最常关联。在这种情况下，放置断点需要指定源文件和行号。

  • 要放置断点 ：

    • 指定源代码 file 的名称以及在该文件中的 line ： 

      (gdb) br file:line

    • 如果 file 不存在，则使用当前执行点的源文件的名称： 

      (gdb) br line

    • 或者，使用函数名称将断点放在其开始上： 

      (gdb) br function_name

  • 在任务进行一定迭代后，程序可能会遇到错误。要指定额外的 condition 停止执行： 

    (gdb) br file:line if condition

    使用 C 或 C++ 语言条件替换 condition。file 和 line 如以上是相同的。

  • 检查所有断点和监视点的状态： 

    (gdb) info br

  • 使用 info br 输出中的数字来删除断点： 

    (gdb) delete number

  • 删除给定位置的断点： 

    (gdb) clear file:line

其他资源

3.2.6. 使用 GDB 观察点停止对数据访问和更改执行

在很多情况下，在某些数据更改或访问前，让程序执行得很好。以下示例是最常见的用例。

先决条件

  • 了解 GDB

在 GDB 中使用监视点

Watchpoints 是用来告诉 GDB 停止执行某个程序的标记。Watchpoints 与数据相关联：放置监视点需要指定一个表达式来描述变量、多个变量或内存地址。

  • 为数据 change (写) 放置一个观察点： 

    (gdb) watch expression

    使用描述您要监视的表达式替换 expression。对于变量，expression 等于变量的名称。

  • 为数据 access (读) 放置一个观察点： 

    (gdb) rwatch expression

  • 要针对 任何 数据访问 放置 监视点（读取和写入）： 

    (gdb) awatch expression

  • 检查所有观察点和断点的状态： 

    (gdb) info br

  • 删除一个监视点： 

    (gdb) delete num

    将 num 选项替换为 info br 命令报告的编号。

其他资源

3.2.7. 使用 GDB 调试 fork 或线程程序

有些程序使用分叉或线程来实现并行代码执行。调试多个同时执行路径需要特殊考虑。

先决条件

  • 您必须了解进程分叉和线程的概念。

使用 GDB 调试 fork 程序

当程序（父）创建本身的独立副本（子）时，分叉是一个状况。使用以下设置和命令影响 GDB 在进行分叉时的作用：

  • follow-fork-mode 设置控制 GDB 在分叉后是否遵循父项或子项。

    设置 follow-fork-mode 父项
    在分叉后，调试父进程。这是默认值。
    设置 follow-fork-mode 子项
    在分叉后，调试子进程。
    显示后续模式
    显示 follow-fork-mode 的当前设置。

  • set detach-on-fork 设置控制 GDB 是否控制其他进程（未跟随）进程，还是保留它继续运行。

    设置 detach-on-fork on
    未遵循的进程（取决于 follow-fork-mode 值 ）将独立分离并运行。这是默认值。
    set detach-on-fork off
    GDB 控制这两个进程。其后的进程（取决于 follow-fork-mode 的值）会正常进行调试，而另一个被暂停。
    显示 detach-on-fork
    显示 detach-on-fork 的当前设置。

使用 GDB 调试线程程序

GDB 能够单独调试单个线程，并单独操作并检查它们。要使 GDB 只停止检查的线程，请使用命令 set non-stop on 和 set target-async on您可以将这些命令添加到 .gdbinit 文件中。在打开该功能后，GDB 已准备好进行线程调试。

GDB 使用 当前线程 的概念。默认情况下，命令仅应用到当前的线程。

info 线程
显示带有相应 id 和 gid 的线程列表，代表当前的线程。
线程 ID
将指定 id 的线程设置为当前的线程。
线程应用 ids command
将 command 命令应用到 ids 列出的所有线程。ids 选项是以空格分隔的线程 ID 列表。特殊值 all 将命令应用到所有线程。
break location thread id if condition
只对线程号 id 在带有特定条件的特定位置设置一个断点。
watch expression thread id
仅为线程编号 ID id 设置由 expression 定义的观察点。
command&
执行 command 命令并立即返回到 gdb 提示符 (gdb)，然后在后台继续执行任何代码。
interrupt
在后台停止执行。

其他资源