2001 年 2 月 01 日
Linux 的大部分特色源自于 shell 的 GNU 调试器,也称作 gdb。gdb 可以让您查看程序的内部结构、打印变量值、设置断点,以及单步调试源代码。它是功能极其强大的工具,适用于修复程序代码中的问题。在本文中,David Seager 将尝试说明 gdb 有多棒,多实用。
开始调试之前,必须用程序中的调试信息编译要调试的程序。这样,gdb 才能够调试所使用的变量、代码行和函数。如果要进行编译,请在 gcc(或 g++)下使用额外的 '-g' 选项来编译程序:
gcc -g eg.c -o eg |
![]() ![]() |
![]()
|
在 shell 中,可以使用 'gdb' 命令并指定程序名作为参数来运行 gdb,例如 'gdb eg';或者在 gdb 中,可以使用 file 命令来装入要调试的程序,例如 'file eg'。这两种方式都假设您是在包含程序的目录中执行命令。装入程序之后,可以用 gdb 命令 'run' 来启动程序。
![]() ![]() |
![]()
|
如果一切正常,程序将执行到结束,此时 gdb 将重新获得控制。但如果有错误将会怎么样?这种情况下,gdb 会获得控制并中断程序,从而可以让您检查所有事物的状态,如果运气好的话,可以找出原因。为了引发这种情况,我们将使用一个 示例程序:
#include |
这个程序将运行 10 次 for 循环,使用 'wib()" 函数计算出累积值,最后打印出结果。
在您喜欢的文本编辑器中输入这个程序(要保持相同的行距),保存为 'eg1.c',使用 'gcc -g eg1.c -o eg1' 进行编译,并用 'gdb eg1' 启动 gdb。使用 'run' 运行程序可能会产生以下消息:
Program received signal SIGFPE, Arithmetic exception. |
gdb 指出在程序第 7 行发生一个算术异常,通常它会打印这一行以及 wib() 函数的自变量值。要查看第 7 行前后的源代码,请使用 'list' 命令,它通常会打印 10 行。再次输入 'list'(或者按回车重复上一条命令)将列出程序的下 10 行。从 gdb 消息中可以看出,第 7 行中的除法运算出了错,程序在这一行中将变量 "no1" 除以 "diff"。
要查看变量的值,使用 gdb 'print' 命令并指定变量名。输入 'print no1' 和 'print diff',可以相应看到 "no1" 和 "diff" 的值,结果如下:
(gdb) print no1 |
gdb 指出 "no1" 等于 8,"diff" 等于 0。根据这些值和第 7 行中的语句,我们可以推断出算术异常是由除数为 0 的除法运算造成的。清单显示了第 6 行计算的变量 "diff",我们可以打印 "diff" 表达式(使用 'print no1 - no2' 命令),来重新估计这个变量。gdb 告诉我们 wib 函数的这两个自变量都等于 8,于是我们要检查调用 wib() 函数的 main() 函数,以查看这是在什么时候发生的。在允许程序自然终止的同时,我们使用 'continue' 命令告诉 gdb 继续执行。
(gdb) continue |
![]() ![]() |
![]()
|
为了查看在 main() 中发生了什么情况,可以在程序代码中的某一特定行或函数中设置断点,这样 gdb 会在遇到断点时中断执行。可以使用命令 'break main' 在进入 main() 函数时设置断点,或者可以指定其它任何感兴趣的函数名来设置断点。然而,我们只希望在调用 wib() 函数之前中断执行。输入 'list main' 将打印从 main() 函数开始的源码清单,再次按回车将显示第 21 行上的 wib() 函数调用。要在那一行上设置断点,只需输入 'break 21'。gdb 将发出以下响应:
(gdb) break 21 |
以显示它已在我们请求的行上设置了 1 号断点。'run' 命令将从头重新运行程序,直到 gdb 中断为止。发生这种情况时,gdb 会生成一条消息,指出它在哪个断点上中断,以及程序运行到何处:
Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0xbffff954) at eg1.c:21 |
发出 'print value' 和 'print div' 将会显示在第一次调用 wib() 时,变量分别等于 10 和 6,而 'print i' 将会显示 0。幸好,gdb 将显示所有局部变量的值,并使用 'info locals' 命令保存大量输入信息。
从以上的调查中可以看出,当 "value" 和 "div" 相等时就会出现问题,因此输入 'continue' 继续执行,直到下一次遇到 1 号断点。对于这次迭代,'info locals' 显示了 value=9 和 div=7。
与其再次继续,还不如使用 'next' 命令单步调试程序,以查看 "value" 和 "div" 是如何改变的。gdb 将响应:
(gdb) next |
再按两次回车将显示加法和减法表达式:
(gdb) |
再按两次回车将显示第 21 行,wib() 调用。'info locals' 将显示目前 "div" 等于 "value",这就意味着将发生问题。如果有兴趣,可以使用 'step' 命令(与 'next' 形成对比,'next' 将跳过函数调用)来继续执行 wib() 函数,以再次查看除法错误,然后使用 'next' 来计算 "result"。
现在已完成了调试,可以使用 'quit' 命令退出 gdb。由于程序仍在运行,这个操作会终止它,gdb 将提示您确认。
![]() ![]() |
![]()
|
由于我们想要知道在调用 wib() 函数之前 "value" 什么时候等于 "div",因此在上一示例中我们在第 21 行中设置断点。我们必须继续执行两次程序才会发生这种情况,但是只要在断点上设置一个条件就可以使 gdb 只在 "value" 与 "div" 真正相等时暂停。要设置条件,可以在定义断点时指定 "break <line number> if <conditional expression>"。将 eg1 再次装入 gdb,并输入:
(gdb) break 21 if value==div |
如果已经在第 21 行中设置了断点,如 1 号断点,则可以使用 'condition' 命令来代替在断点上设置条件:
(gdb) condition 1 value==div |
使用 'run' 运行 eg1.c 时,如果 "value" 等于 "div",gdb 将中断,从而避免了在它们相等之前必须手工执行 'continue'。调试 C 程序时,断点条件可以是任何有效的 C 表达式,一定要是程序所使用语言的任意有效表达式。条件中指定的变量必须在设置了断点的行中,否则表达式就没有什么意义!
使用 'condition' 命令时,如果指定断点编号但又不指定表达式,可以将断点设置成无条件断点,例如,'condition 1' 就将 1 号断点设置成无条件断点。
要查看当前定义了什么断点及其条件,请发出命令 'info break':
(gdb) info break |
除了所有条件和已经遇到断点多少次之外,断点信息还在 'Enb' 列中指定了是否启用该断点。可以使用命令 'disable <breakpoint number>'、'enable <breakpoint number>' 或 'delete <breakpoint number>' 来禁用、启用和彻底删除断点,例如 'disable 1' 将阻止在 1 号断点处中断。
如果我们对 "value" 什么时候变得与 "div" 相等更感兴趣,那么可以使用另一种断点,称作监视。当指定表达式的值改变时,监视点将中断程序执行,但必须在表达式中所使用的变量在作用域中时设置监视点。要获取作用域中的 "value" 和 "div",可以在 main 函数上设置断点,然后运行程序,当遇到 main() 断点时设置监视点。重新启动 gdb,并装入 eg1,然后输入:
(gdb) break main |
要了解 "div" 何时更改,可以使用 'watch div',但由于要在 "div" 等于 "value" 时中断,那么应输入:
(gdb) watch div==value |
如果继续执行,那么当表达式 "div==value" 的值从 0(假)变成 1(真)时,gdb 将中断:
(gdb) continue |
'info locals' 命令将验证 "value" 是否确实等于 "div"(再次声明,是 8)。
'info watch' 命令将列出已定义的监视点和断点(此命令等价于 'info break'),而且可以使用与断点相同的语法来启用、禁用和删除监视点。
![]() ![]() |
![]()
|
在 gdb 下运行程序可以使俘获错误变得更容易,但在调试器外运行的程序通常会中止而只留下一个 core 文件。gdb 可以装入 core 文件,并让您检查程序中止之前的状态。
在 gdb 外运行示例程序 eg1 将会导致核心信息转储:
$ ./eg1 |
要使用 core 文件启动 gdb,在 shell 中发出命令 'gdb eg1 core' 或 'gdb eg1 -c core'。gdb 将装入 core 文件,eg1 的程序清单,显示程序是如何终止的,并显示非常类似于我们刚才在 gdb 下运行程序时看到的消息:
... |
此时,可以发出 'info locals'、'print'、'info args' 和 'list' 命令来查看引起除数为零的值。'info variables' 命令将打印出所有程序变量的值,但这要进行很长时间,因为 gdb 将打印 C 库和程序代码中的变量。为了更容易地查明在调用 wib() 的函数中发生了什么情况,可以使用 gdb 的堆栈命令。
![]() ![]() |
![]()
|
程序“调用堆栈”是当前函数之前的所有已调用函数的列表(包括当前函数)。每个函数及其变量都被分配了一个“帧”,最近调用的函数在 0 号帧中(“底部”帧)。要打印堆栈,发出命令 'bt'('backtrace' [回溯] 的缩写):
(gdb) bt |
此结果显示了在 main() 的第 21 行中调用了函数 wib()(只要使用 'list 21' 就能证实这一点),而且 wib() 在 0 号帧中,main() 在 1 号帧中。由于 wib() 在 0 号帧中,那么它就是执行程序时发生算术错误的函数。
实际上,发出 'info locals' 命令时,gdb 会打印出当前帧中的局部变量,缺省情况下,这个帧中的函数就是被中断的函数(0 号帧)。可以使用命令 'frame' 打印当前帧。要查看 main 函数(在 1 号帧中)中的变量,可以发出 'frame 1' 切换到 1 号帧,然后发出 'info locals' 命令:
(gdb) frame 1 |
此信息显示了在第三次执行 "for" 循环时(i 等于 2)发生了错误,此时 "value" 等于 "div"。
可以通过如上所示在 'frame' 命令中明确指定号码,或者使用 'up' 命令在堆栈中上移以及 'down' 命令在堆栈中下移来切换帧。要获取有关帧的进一步信息,如它的地址和程序语言,可以使用命令 'info frame'。
gdb 堆栈命令可以在程序执行期间使用,也可以在 core 文件中使用,因此对于复杂的程序,可以在程序运行时跟踪它是如何转到函数的。
![]() ![]() |
![]()
|
除了调试 core 文件或程序之外,gdb 还可以连接到已经运行的进程(它的程序已经过编译,并加入了调试信息),并中断该进程。只需用希望 gdb 连接的进程标识替换 core 文件名就可以执行此操作。以下是一个执行循环并睡眠的 示例程序:
#include |
使用 'gcc -g eg2.c -o eg2' 编译该程序并使用 './eg2 &' 运行该程序。请留意在启动该程序时在背景上打印的进程标识,在本例中是 1283:
./eg2 & |
启动 gdb 并指定进程标识,在我举的这个例子中是 'gdb eg2 1283'。gdb 会查找一个叫作 "1283" 的 core 文件。如果没有找到,那么只要进程 1283 正在运行(在本例中可能在 sleep() 中),gdb 就会连接并中断该进程:
... |
此时,可以发出所有常用 gdb 命令。可以使用 'backtrace' 来查看当前位置与 main() 的相对关系,以及 mian() 的帧号是什么,然后切换到 main() 所在的帧,查看已经在 "for" 循环中运行了多少次:
(gdb) backtrace |
如果已经完成了对程序的修改,可以 'detach' 命令继续执行程序,或者 'kill' 命令杀死进程。还可以首先使用 'file eg2' 装入文件,然后发出 'attach 1283' 命令连接到进程标识 1283 下的 eg2。
![]() ![]() |
![]()
|
gdb 可以让您通过使用 shell 命令在不退出调试环境的情况下运行 shell 命令,调用形式是 'shell [commandline]',这有助于在调试时更改源代码。
最后,在程序运行时,可以使用 'set ' 命令修改变量的值。在 gdb 下再次运行 eg1,使用命令 'break 7 if diff==0' 在第 7 行(将在此处计算结果)设置条件断点,然后运行程序。当 gdb 中断执行时,可以将 "diff" 设置成非零值,使程序继续运行直至结束:
Breakpoint 1, wib (no1=8, no2=8) at eg1.c:7 |
![]() ![]() |
![]()
|
GNU 调试器是所有程序员工具库中的一个功能非常强大的工具。在本文中,我只介绍了 gdb 的一小部分功能。要了解更多知识,建议您阅读 GNU 调试器手册。
![]() |
||
![]() |
David Seager 是 IBM 的软件开发人员,他从事 Linux 和基于 Web 的应用工作已有两年时间了。
From :http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/sdk/gdb/index.html |