[C/C++] -- gdb调试与coredump

1.gdb调试

GDB（GNU 调试器）是一个强大的工具，用于调试程序。

安装

1. wget http://ftp.gnu.org/gnu/gdb/gdb-8.1.tar.gz

2. tar -zxvf gdb-8.1.1.tar.gz

3. cd gdb-8.1.1

4. ./configure

5. make

6. make install

基础用法

启动GDB

gdb <executable>

基本调试命令

run [args]：运行程序并可选地传递参数

run arg1 arg2

break [location]：在指定位置设置断点。位置可以是函数名、文件:行号、内存地址等。

break main
break myfile.c:10

delete [breakpoint-num]：删除指定断点，若不指定，则删除所有断点。

delete 1
delete

info breakpoints：显示所有断点的信息。

info breakpoints

continue (c)：继续执行程序直到下一个断点或程序结束。

continue

next (n)：单步执行下一行代码，不进入函数内部。

next

step (s)：单步执行下一行代码，如果是函数调用，则进入函数内部。

step

finish：继续执行直到当前函数返回。

finish

检查程序状态

print [expression]：打印表达式的值。

print x
print my_array[0]

display [expression]：每次停止时显示表达式的值。

display x

undisplay [display-num]：取消自动显示某个表达式。

undisplay 1

info locals：显示当前堆栈帧中所有局部变量的值。

info locals

info args：显示当前堆栈帧中所有参数的值。

info args

堆栈操作

backtrace (bt)：显示当前调用堆栈。

backtrace

frame [frame-num]：切换到指定的堆栈帧。

frame 2

up [n]：向上移动n个堆栈帧，默认为1。

up 1

down [n]：向下移动n个堆栈帧，默认为1。

down 1

内存操作

x/nfu [address]：检查内存地址。n是要显示的单位数，f是格式（x=hex，d=decimal，u=unsigned decimal，o=octal，t=binary，a=address，c=char，s=string），u是单位（b=bytes，h=halfwords，w=words，g=giant words）。

x/4xw 0x600d90
x/s 0x600d90

修改变量

set var [variable] = [value]：设置变量的值。

set var x = 10
set var my_array[0] = 20

程序控制

kill：终止正在调试的程序。

kill

quit：退出GDB。

quit

其它有用命令

list [location]：显示源代码。location可以是函数名、文件:行号、内存地址等。

list main
list myfile.c:10

info functions：显示所有已知的函数。

info functions

info variables：显示所有已知的全局和静态变量。

info variables

调试用例

#include <iostream>
using namespace std;

void printArray(int *arr, int size) {
    for(int i = 0; i < size; ++i) {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    printArray(arr, 5);

    //bug: 超出数组索引
    cout << arr[10] << endl;

    return 0;
}

编译和启动GDB

设置断点并运行程序

在GDB中，首先设置一个断点并运行程序：

单步执行代码

使用 next 命令单步执行代码：

打印变量的值

使用 print 命令检查变量的值：

注意到 arr[10] 是未定义的行为，它可能会显示随机值。

继续执行程序

(gdb) continue
Continuing.

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00000000004006d6 in main () at main.cpp:14
14        cout << arr[10] << endl;

程序崩溃在访问 arr[10] 时，导致段错误。

检查堆栈

使用 backtrace 命令检查调用堆栈：

(gdb) backtrace
#0  0x00000000004006d6 in main () at main.cpp:16

退出GDB

调试完成后，可以使用 quit 命令退出GDB：

(gdb) quit

2.Coredump调试

Coredump 是计算机系统中的一种文件，用于在程序崩溃时保存程序的内存状态、寄存器值和其他相关信息。

什么是 Coredump

定义：Coredump 是一个包含程序在崩溃时内存状态的文件。它记录了程序的堆栈、堆、全局和静态变量等内容。
用途：主要用于调试和分析程序崩溃的原因，帮助开发者确定问题的根源。

生成 Coredump

配置系统：在 Linux 系统中，通过设置系统参数可以控制是否生成 Coredump 文件及其存放位置。
- 查看和设置 coredump 文件大小限制：ulimit -c
```
ulimit -c unlimited  # 允许生成 coredump 文件
```
sh
- 配置 Coredump 文件的存放路径：修改 /etc/sysctl.conf 文件或使用 sysctl 命令
  - 重启服务或系统以应用新的配置。
sh
```
echo "/path/to/store/corefile/core.%e.%p" | sudo tee /proc/sys/kernel/core_pattern
```

分析 Coredump

GDB 调试工具：GDB 是一个强大的调试工具，可以用于加载和分析 Coredump 文件。
```
gdb /path/to/executable /path/to/corefile
```
基本命令：
- bt (backtrace)：显示调用栈，帮助确定程序崩溃的位置。
- info registers：查看寄存器的值。
- list：显示源代码。
- print：打印变量值。
- quit：退出 GDB。

实际示例

假设有一个简单的 C++ 程序崩溃并生成了 Coredump 文件：

代码示例

#include <iostream>

int main() {
    int *p = nullptr;
    *p = 10;  // 这行会导致程序崩溃（Segmentation fault）
    return 0;
}

编译和运行

g++ -g -o test_program test_program.cpp  # 使用 -g 选项编译以包含调试信息
ulimit -c unlimited  # 允许生成 coredump 文件
./test_program  # 运行程序，导致崩溃并生成 coredump 文件

使用 GDB 分析 Coredump

gdb ./test_program core

在 GDB 中可以使用以下命令进行分析：

(gdb) bt  # 显示调用栈
(gdb) info registers  # 查看寄存器的值
(gdb) list  # 显示出错位置的源代码
(gdb) print p  # 打印指针 p 的值

其他工具和方法

coredumpctl：在现代 Linux 系统中，systemd 提供了 coredumpctl 工具来管理和分析 Coredump 文件。

coredumpctl list  # 列出所有 coredump
coredumpctl info <PID>  # 显示特定 coredump 的信息
coredumpctl gdb <PID>  # 使用 gdb 分析特定 coredump

预防和改进

代码审查和测试：通过严格的代码审查和测试，尽早发现和修复潜在的问题。
静态分析工具：使用静态分析工具如 clang-tidy、cppcheck 等，可以在编译阶段发现潜在的崩溃问题。
动态分析工具：如 valgrind 可以在运行时检测内存泄漏和非法内存访问。

通过这些步骤和工具，开发者可以有效地分析和调试程序崩溃，提升程序的稳定性和可靠性。

3.联系

GDB：GDB 是一个强大的调试工具，允许开发者在程序运行时或在程序崩溃后进行交互式调试。

使用场景：

实时调试：在开发过程中，通过设置断点、单步执行等方式调试代码。
分析 Coredump 文件：在程序崩溃后，使用 Coredump 文件分析崩溃原因。

Coredump：Coredump 是程序崩溃时生成的一个文件，记录了程序在崩溃时的内存状态、寄存器值等信息。

使用场景：

崩溃分析：在生产环境中，程序崩溃后可以生成 Coredump 文件，开发者下载后进行离线分析。
长时间运行的程序：对于难以重现的崩溃，通过 Coredump 文件捕捉崩溃时的状态进行分析。

关联：
- GDB 可以加载和分析 Coredump 文件，帮助开发者查看崩溃时的调用栈、变量值和内存状态。
- 两者结合使用时，GDB 提供了强大的交互式工具，使得分析 Coredump 文件更加高效。
区别：
- 性质不同：GDB 是一个调试工具，而 Coredump 是一个文件。
- 生成时机不同：GDB 在程序运行时或崩溃后使用，Coredump 在程序崩溃时自动生成。
- 使用方式不同：GDB 需要开发者交互操作进行调试，Coredump 是自动生成的静态文件，需借助工具（如 GDB）进行分析。