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3.2. 使用 GDB 检查应用程序内部状态

要找出应用不能正常工作的原因，请控制其执行并使用调试器检查其内部状态。本节描述了如何对此任务使用 GNU Debugger(GDB)。

3.2.1. GNU 调试器(GDB)
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Red Hat Enterprise Linux 包含 GNU 调试器(GDB)，允许您通过命令行用户界面调查程序内部发生了什么情况。

对于 GDB 的图形前端，请安装 Eclipse 集成开发环境。请参阅使用 Eclipse。

GDB 功能

单个 GDB 会话可以调试以下类型的程序：

  • 多线程和分叉程序
  • 同时有多个程序
  • 远程机器上或带有 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，您必须安装它们的 debuginfo 软件包。

3.2.2. 将 GDB 附加到进程
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为了检查进程，必须将 GDB 附加到 进程。

先决条件

流程

  • 使用 GDB 启动程序。

    1. 使用 GDB 启动程序： 

      $ gdb program
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      使用程序的文件名或路径替换 program。

      设置 GDB 以开始程序的执行。您可以使用 run 命令在开始执行进程前设置断点和 gdb 环境。

    2. 将 GDB 附加到已运行的进程。

    3. 使用 ps 命令找到进程 ID(pid)： 

      $ ps -C program -o pid h
 pid
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      使用程序的文件名或路径替换 program。

    4. 将 GDB 附加到此进程： 

      $ gdb -p pid
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      使用 ps 输出中的实际进程 ID 号替换 pid 。

  • 将活跃的 GDB 会话附加到运行的程序：

    1. 使用 shell GDB 命令运行 ps 命令，并找到程序的进程 ID(pid)： 

      (gdb) shell ps -C program -o pid h
 pid
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      使用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
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      使用 ps 输出中的实际进程 ID 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
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3.2.3. 使用 GDB 逐步浏览程序代码
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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。这些命令允许您在调试会话过程中逐步调试代码、设置断点和控制程序流。

要有效地使用这些 GDB 命令，您必须通过这些方法提供调试信息：* 程序使用调试信息编译并构建。 已安装相关的 debuginfo 软件包

GDB 提供了一组命令，用于逐步执行和控制程序执行：

r (run)：开始执行程序。如果使用任何参数执行 run，则这些参数将被传给可执行文件，如同程序已正常启动了一样。用户通常在设置断点后发出此命令。

启动 ：开始程序的执行，但会在程序的主功能的开头停止。如果使用任何参数执行 start，则这些参数将被传给可执行文件，就像程序已正常启动了一样。

c (continue)：从当前状态继续程序的执行。程序的执行将继续，直到达到以下之一变为 true ：代表达到一个断点。* 满足指定的条件。* 程序会收到信号。* 发生错误。* 程序终止。

n (next)：继续从当前状态执行程序，直到当前源文件中的下一行代码为止。程序的执行将继续，直到达到以下之一变为 true ：代表达到一个断点。* 满足指定的条件。* 程序会收到信号。* 发生错误。* 程序终止。

s ( step )： step 命令还会在当前源文件中的每一行代码处停止执行。但是，如果执行当前在包含 function call 的源行处停止，则 GDB 会在输入 function call （而不是执行它）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)：恢复程序的执行，并在执行从函数返回时停止。程序的执行将继续，直到达到以下之一变为 true ：代表达到一个断点。* 满足指定的条件。* 程序会收到信号。* 发生错误。* 程序终止。

q (quit)：终止执行并退出 GDB。

3.2.4. 使用 GDB 显示程序内部值
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显示程序内部变量的值对于了解程序正在做什么非常重要。GDB 提供了多个您可用来检查内部变量的命令。以下是这些命令中最有用的命令：

p （print）

显示给定的参数的值。通常，参数是任何复杂程度的变量的名称，从简单的单个值到结构。参数也可以是在当前语言中一个有效的表达式，包括程序变量和库函数的使用，或者在测试的程序中定义的函数。

可以使用 pretty-printer Python 或 Guile 脚本来扩展 GDB， 以便使用 print 命令来自定义对数据结构（如类、结构）的显示。

bt （backtrace）

显示用于到达当前执行点的函数调用链，或者显示在执行终止之前所使用的函数链。这对于调查原因不明的严重 bug（如分段错误）非常有用。

向 backtrace 命令中添加 full 选项也会显示本地变量。

可以使用 frame filter Python 脚本来扩展 GDB，以便使用 bt 和 info frame 命令自定义显示的数据。术语 frame 指的是与单个函数调用关联的数据。

info

info 命令是提供关于各种条目的信息一个通用命令。它使用指定要描述的条目的一个选项。

  • info args 命令显示当前所选帧的函数调用的选项。
  • info locals 命令显示当前选定的帧中的局部变量。

如需可能的条目列表，请在 GDB 会话中运行命令 help info ： 

(gdb) help info
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l （list）
显示程序源代码。当程序已启动，但当前已停止时，这个命令会列出当前停止的程序的源代码，以及几行上下文。在程序启动前，这将列出 main 函数。虽然严格来说命令不是用来显示内部状态，但 list 帮助用户了解在程序执行的下一步中将会对内部状态发生哪些更改。

通常，仅调查代码的一小部分。断点是标记，告知 GDB 在代码的特定位置停止程序的执行。断点通常与源代码行关联。在这种情况下，放置断点需要指定源文件和行号。

流程

  • 要放置断点。

    1. 指定源代码 file 的名称以及在该文件中的 line ： 

      (gdb) br file:line
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    2. 如果 file 不存在，则使用当前执行点的源文件的名称： 

      (gdb) br line
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    3. 或者，使用函数名称将断点放在其开始上： 

      (gdb) br function_name
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    4. 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
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      使用 C 或 C++ 语言条件替换 condition。file 和 line 如以上是相同的。

  • 要 检查 所有断点和监控点的状态： 

    (gdb) info br
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  • 要使用 info br 的输出中显示的 number 删除 断点： 

    (gdb) delete number
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  • 要在给定位置 删除 断点： 

    (gdb) clear file:line
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在很多情况下，让程序执行直到某些数据改变了或被访问是有好处的。Watchpoints 是标记，告诉 GDB 在满足特定数据条件时停止程序的执行。

流程

  • 为数据更改放置一个观察点（写入）： 

    (gdb) watch expression
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    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。

  • 为数据访问（读取）放置一个观察点： 

    (gdb) rwatch expression
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  • 要针对任何数据访问（读取和写入）放置一个观察点： 

    (gdb) awatch expression
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  • 检查所有观察点和断点的状态： 

    (gdb) info br
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  • 删除一个监视点： 

    (gdb) delete num
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    将 num 选项替换为 info br 命令报告的编号。

3.2.7. 使用 GDB 调试 fork 或线程程序
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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。

您必须了解进程分叉和线程的概念。

使用 GDB 调试 fork 程序

分叉是一种程序（父）创建自身（子）的一个独立副本的情况。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 能够调试各个线程，并且能够独立地操作和检查它们。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。一个特殊值 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。

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