Gdb debugger in linux

Как пользоваться gdb

Программа gdb — это популярный отладчик для программ, написанных на языке программирования Си и С++. Отладчик позволяет выполнить программу пошагово, посмотреть значения всех переменных на каждом из этапов выполнения, а если это необходимо, то и дизассемблировать код и посмотреть состояние регистров процессора.

В сегодняшней статье мы рассмотрим как пользоваться gdb для отладки и анализа выполнения программ, написанных на Си. Попытаемся разобраться с основными возможностями программы.

Как пользоваться gdb

1. Установка gdb

Обычно, отладчик устанавливается вместе с другими инструментами для сборки программного обеспечения. Для установки всего необходимого в Ubuntu или Debian достаточно выполнить:

sudo apt install build-essential

Для того чтобы установить отладчик отдельно, выполните:

В CentOS или Fedora команда установки будет выглядеть следующим образом:

А для Arch Linux надо выполнить:

Теперь отладчик gdb установлен и вы можете его использовать.

2. Компиляция программы

Для того чтобы получить максимум полезной информации во время отладки, например, имена переменных и номера строк кода программу следует скомпилировать особым образом. Для примеров из этой статьи мы будем использовать такую небольшую программу на Си, в процессе будем её изменять, но начнём с этого:

#include
int main() int var1 = 0;
int var2 = 2;
char greeting[] = «Hello from losst\n»;
printf(«%s», greeting);
>

Для того чтобы всё необходимое было включено в исполняемый файл, программу надо собрать с опцией -g. В данном случае команда будет выглядеть вот так:

Затем вы можете её выполнить:

3. Запуск отладчика

Для того чтобы запустить программу достаточно передать путь к ней отладчику. Какие-либо опции указывать не обязательно:

После запуска отладчика вы попадаете в его командный интерфейс. Программа ещё не запущена, запущен только отладчик, в котором вы можете ею управлять с помощью специальных команд. Вот основные команды gdb:

• break или b — создание точки останова;
• info или i — вывести информацию, доступные значения: break, registers, frame, locals, args;
• run или r — запустить программу;
• continue или c — продолжить выполнение программы после точки останова;
• step или s — выполнить следующую строчку программы с заходом в функцию;
• next или n — выполнить следующую строчку без захода в функцию;
• print или p — вывести значение переменной;
• backtrace или bt — вывести стек вызовов;
• x — просмотр содержимого памяти по адресу;
• ptype — просмотр типа переменной;
• h или help — просмотр справки по команде;
• q или quit — выход из программы.

4. Запуск программы

Для того чтобы запустить программу надо воспользоваться командой run в консоли gdb. Просто выполните:

И программа будет запущена и выполнена. Если вам надо передать программе какие-либо аргументы, то следует их передать команде run, например:

Если программа завершилась с ошибкой, вы можете вывести стек вызовов функций для того чтобы узнать в какой именно функции возникла ошибка:

Программа сообщает на какой строчке исходного кода возникла проблема. Чтобы посмотреть весь исходник выполните команду list:

Для того чтобы вызвать ошибку Segmentation Fault и проверить как это работает можете добавить в программу такие строки и перекомпилировать её:

char *buffer = malloc(sizeof(char) * 10);
while(1) *(++buffer) = ‘c’;
>

Тут мы выделяем из памяти массив символов размером 10 элементов и заполняем его и память, которая находится за ним символами «с», пока программа не упадёт.

5. Точки останова

Неотъемлемая часть отладки приложения — это точки останова. С помощью них можно остановить выполнение программы на любом месте исходного кода или функции, а затем проанализировать все переменные, а также что происходит с программой. Сначала смотрим исходник программы:

По умолчанию команда выводит первые десять строк. Ей можно передать в качестве аргумента номер строки, строки возле которой надо отобразить или имя функции, например:

Например, давайте установим точку останова на восьмой строчке исходника:

Теперь, когда вы запустите программу на выполнение она остановиться в указанной точке:

Для того чтобы выполнить следующую строчку без входа в функцию используйте команду next:

Тогда выполнится следующая строка кода в программе. Если надо войти в функцию и посмотреть что в ней происходит следует использовать команду step:

Для отладки циклов можно устанавливать точки останова на основе условия, например, на 11-той строке, если значение переменной var1 будет 20:

Чтобы этот пример заработал добавьте в код цикла следующую строчку, как на снимке:

Посмотреть все установленные точки останова можно такой командой:

6. Вывод информации

Сами по себе точки останова не очень полезны, но после каждой остановки программы можно посмотреть полностью её состояние и значения всех переменных, а это уже намного интереснее. Для просмотра информации используется команда info, а для вывода значения конкретной переменной — print. Для того чтобы посмотреть значения всех локальных переменных выполните:

А для вывода значений аргументов функции:

Вывести значение определённой переменной можно с помощью print:

Интересно, что с помощью print можно выполнять арифметические операции и их результат не только выводится на экран, но и присваивается внутренней переменной, таким образом его можно будет вывести ещё раз позже или использовать в других вычислениях. Например:

Имя временной переменной, куда были записаны данные отображается перед самим результатом, например, в последней команде это $2. Теперь можно ещё раз вывести это значение:

Таким образом вы можете анализировать состояние программы, на каждой точке останова и искать ошибки.

7. Изменение информации

С помощью команды set можно изменить значение переменной прямо во время выполнения программы. Например:

(gdb) break 7
(gdb) run
(gdb) set var2 = 20
(gdb) print var2

8. Вывод типа

С помощью команды ptype вы можете вывести тип переменной. Например:

(gdb) break 7
(gdb) run
(gdb) ptype var2

9. Просмотр адресов

Ещё интереснее исследовать как программы на Си работают с памятью. Команда print может выводить не только выводить значения переменных, но и их адреса в памяти. Приведите программу к такому виду и перекомпилируйте её:

#include
#include
#include
int main(int argc, char *argv[]) int var1 = 0;
int var2 = 2;
char *buffer = malloc(sizeof(char) * 10);
while(var1 < 10)var1++;
*(++buffer) = ‘c’;
>
printf(«%s\n», buffer);
>

Запустите отладчик и установите точку останова на девятой строке и запустите программу:

Теперь вы можете вывести адреса всех переменных в памяти с помощью символа &. Например:

(gdb) print &argc
(gdb) print &var1
(gdb) print &buffer
(gdb) print buffer

Как видите, аргументы функции находятся в одном месте, локальные переменные в другому, но не очень далеко, а во память выделенная из кучи, на которую указывает указатель buffer — совсем далеко. Можете поменять программу и поэкспериментировать с разным количеством переменных.

10. Просмотр памяти

С помощью команды x или eXamine можно посмотреть содержимое памяти, по определённому адресу. Например, смотрим содержимое переменной var2:

Если вы не знаете адрес переменной, можно передать её имя с оператором &, он извлечет её адрес. Программа выводит шеснадцатиричное значение, и оно обычно мало о чём нам может сообщить. Для того чтобы улучшить ситуацию можно воспользоваться опциями форматирования. Можно указать тип выводимых данных с помощью таких модификаторов:

Также можно указать размер выводимого блока:

Мы пытались вывести переменную типа int. Она занимает обычно четыре байта. Для её корректного вывода используйте такие параметры:

Ещё можно указать количество блоков, которые надо выводить, например два:

Но поскольку там уже не наша переменная, эти данные не имеют смысла. Аналогично всё работает с строками, символами и другими значениями. Только обратите внимание, что если вы будете выводить переменную не одним блоком, то на результат повлияет порядок расположения байт. Значение будет выводиться задом на перед.

11. Справка по программе

Мы рассмотрели основные возможности отладчика gdb. Но если этого вам не достаточно, вы можете посмотреть справку по любой команде программы в самой программе. Для этого используйте команду help. Например, для команды exemine:

Выводы

Теперь вы знаете как пользоваться gdb для отладки своих программ. Обычно, для отладки намного удобнее использовать графический интерфейс среды программирования, но консоль дает больше возможностей и больше гибкости.

Обнаружили ошибку в тексте? Сообщите мне об этом. Выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Debugging kernel and modules via gdb¶

The kernel debugger kgdb, hypervisors like QEMU or JTAG-based hardware interfaces allow to debug the Linux kernel and its modules during runtime using gdb. Gdb comes with a powerful scripting interface for python. The kernel provides a collection of helper scripts that can simplify typical kernel debugging steps. This is a short tutorial about how to enable and use them. It focuses on QEMU/KVM virtual machines as target, but the examples can be transferred to the other gdb stubs as well.

Requirements¶

Setup¶

• Create a virtual Linux machine for QEMU/KVM (see www.linux-kvm.org and www.qemu.org for more details). For cross-development, https://landley.net/aboriginal/bin keeps a pool of machine images and toolchains that can be helpful to start from.
• Build the kernel with CONFIG_GDB_SCRIPTS enabled, but leave CONFIG_DEBUG_INFO_REDUCED off. If your architecture supports CONFIG_FRAME_POINTER, keep it enabled.
• Install that kernel on the guest, turn off KASLR if necessary by adding «nokaslr» to the kernel command line. Alternatively, QEMU allows to boot the kernel directly using -kernel, -append, -initrd command line switches. This is generally only useful if you do not depend on modules. See QEMU documentation for more details on this mode. In this case, you should build the kernel with CONFIG_RANDOMIZE_BASE disabled if the architecture supports KASLR.
• Build the gdb scripts (required on kernels v5.1 and above):

add-auto-load-safe-path /path/to/linux-build

Examples of using the Linux-provided gdb helpers¶

(gdb) lx-symbols loading vmlinux scanning for modules in /home/user/linux/build loading @0xffffffffa0020000: /home/user/linux/build/net/netfilter/xt_tcpudp.ko loading @0xffffffffa0016000: /home/user/linux/build/net/netfilter/xt_pkttype.ko loading @0xffffffffa0002000: /home/user/linux/build/net/netfilter/xt_limit.ko loading @0xffffffffa00ca000: /home/user/linux/build/net/packet/af_packet.ko loading @0xffffffffa003c000: /home/user/linux/build/fs/fuse/fuse.ko . loading @0xffffffffa0000000: /home/user/linux/build/drivers/ata/ata_generic.ko

(gdb) b btrfs_init_sysfs Function "btrfs_init_sysfs" not defined. Make breakpoint pending on future shared library load? (y or [n]) y Breakpoint 1 (btrfs_init_sysfs) pending.

loading @0xffffffffa0034000: /home/user/linux/build/lib/libcrc32c.ko loading @0xffffffffa0050000: /home/user/linux/build/lib/lzo/lzo_compress.ko loading @0xffffffffa006e000: /home/user/linux/build/lib/zlib_deflate/zlib_deflate.ko loading @0xffffffffa01b1000: /home/user/linux/build/fs/btrfs/btrfs.ko Breakpoint 1, btrfs_init_sysfs () at /home/user/linux/fs/btrfs/sysfs.c:36 36 btrfs_kset = kset_create_and_add("btrfs", NULL, fs_kobj);

(gdb) lx-dmesg [ 0.000000] Initializing cgroup subsys cpuset [ 0.000000] Initializing cgroup subsys cpu [ 0.000000] Linux version 3.8.0-rc4-dbg+ (. [ 0.000000] Command line: root=/dev/sda2 resume=/dev/sda1 vga=0x314 [ 0.000000] e820: BIOS-provided physical RAM map: [ 0.000000] BIOS-e820: [mem 0x0000000000000000-0x000000000009fbff] usable [ 0.000000] BIOS-e820: [mem 0x000000000009fc00-0x000000000009ffff] reserved .

(gdb) p $lx_current().pid $1 = 4998 (gdb) p $lx_current().comm $2 = "modprobe\000\000\000\000\000\000\000"

(gdb) p $lx_per_cpu("runqueues").nr_running $3 = 1 (gdb) p $lx_per_cpu("runqueues", 2).nr_running $4 = 0

(gdb) set $next = $lx_per_cpu("hrtimer_bases").clock_base[0].active.next (gdb) p *$container_of($next, "struct hrtimer", "node") $5 = < node = < node = < __rb_parent_color = 18446612133355256072, rb_right = 0x0 , rb_left = 0x0 >, expires = < tv64 = 1835268000000 >>, _softexpires = < tv64 = 1835268000000 >, function = 0xffffffff81078232 , base = 0xffff88003fd0d6f0, state = 1, start_pid = 0, start_site = 0xffffffff81055c1f , start_comm = "swapper/2\000\000\000\000\000\000" >

List of commands and functions¶

The number of commands and convenience functions may evolve over the time, this is just a snapshot of the initial version:

(gdb) apropos lx function lx_current -- Return current task function lx_module -- Find module by name and return the module variable function lx_per_cpu -- Return per-cpu variable function lx_task_by_pid -- Find Linux task by PID and return the task_struct variable function lx_thread_info -- Calculate Linux thread_info from task variable lx-dmesg -- Print Linux kernel log buffer lx-lsmod -- List currently loaded modules lx-symbols -- (Re-)load symbols of Linux kernel and currently loaded modules

Detailed help can be obtained via «help » for commands and «help function » for convenience functions.

Источник