Linux debug with gdb

Как отлаживать программы на языке C в Linux с помощью отладчика GDB

Оригинал: How to debug C programs in Linux using gdb
Автор: Himanshu Arora
Дата публикации: 16 января 2017 г.
Перевод: А.Панин
Дата перевода: 7 марта 2017 г.

Вне зависимости от вашего опыта программирования, все разработанное вами программное обеспечение просто не может не содержать ошибок. По этой причине поиск и устранение ошибок являются одними из наиболее важных задач, выполняемых в рамках цикла разработки программного обеспечения. Хотя и существует несколько способов выявления ошибок в коде (тестирование, самостоятельный аудит кода и другие), для этой цели создан отдельный тип программного обеспечения под названием «отладчики», позволяющего вам найти проблемный фрагмент кода и максимально быстро исправить его.

Если вы разрабатываете программное обеспечение на языках C/C++ или пользуетесь такими более редкими языками программирования, как Fortran и Modula-2, вам будет полезно знать о существовании отличного отладчика под названием GDB , который позволяет достаточно просто отлаживать ваш код, помогая устранять ошибки и различные проблемные конструкции. В рамках данной статьи мы постараемся обсудить основные приемы работы с GDB, включая некоторые полезные функции/параметры данного инструмента.

Но перед тем, как двинуться дальше, стоит упомянуть о том, что все инструкции и примеры, приведенные в данной статье, были протестированы в системе Ubuntu 14.04 LTS. В статье был использован пример кода на языке C; в качестве командной оболочки использовалась командная оболочка Bash (версии 4.3.11); также стоит сказать о том, что для отладки тестовой программы использовался отладчик GDB версии 7.7.1.

Основные аспекты использования GDB

По сути, GDB позволяет вам заглянуть внутрь программы в процессе ее исполнения, способствуя тем самым идентификации и локализации проблемы. Мы обсудим методику использования отладчика GDB на основе примера в следующем разделе, но перед этим стоит рассмотреть несколько основных аспектов использования отладчика, которые окажутся полезными в будущем.

Во-первых, для успешного использования таких отладчиков, как GDB, вам придется компилировать вашу программу таким образом, чтобы компилятор генерировал отладочную информацию, необходимую отладчикам. Например, в случае компилятора GCC, который будет впоследствии использоваться для компиляции примера программы на языке C, вам придется дополнительно передать параметр -g на этапе компиляции кода.

Вы можете получить дополнительную информацию о данном параметре компилятора на его странице руководства .

На следующем шаге следует убедиться в том, что отладчик GDB установлен в вашей системе. Если он не установлен и вы используете основанный на Debian дистрибутив, такой, как Ubuntu, вы можете установить данный инструмент с помощью следующей команды:

Инструкции по установке отладчика в других дистрибутивах приведены на данной странице .

Теперь, когда вы скомпилировали вашу программу со специальным параметром компилятора для ее подготовки к отладке и установили в систему отладчик GDB, вы можете выполнить программу в режиме отладки с помощью следующей команды:

Хотя данная команда и инициирует запуск отладчика GDB, ваша программа не начнет исполняться сразу же после его запуска. В этот момент у вас имеется возможность задать параметры отладки. Например, вы можете установить точку останова, сообщающую отладчику GDB о том, что следует приостановить исполнение программы на строке с определенным номером или функции.

Для того, чтобы инициировать исполнение вашей программы, вам придется выполнить следующую команду GDB:

Стоит упомянуть и о том, что в том случае, если вашей программе нужно передать некие аргументы командной строки, вы можете передать их вместе с данной командной. Например:

GDB поддерживает большое количество полезных команд, которые находят свое применение в процессе отладки программных продуктов. Мы обсудим некоторые из них в следующем разделе.

Пример использования GDB

Теперь вы имеете базовое представление об отладчике GDB и принципе его использования. Поэтому предлагаю рассмотреть пример и применить полученные знания на практике. Это код примера:

В общем, данный код берет каждое значение из массива val , устанавливает это значение в качестве значения целочисленной переменной out , после чего рассчитывает значение переменной tot путем суммирования ее предыдущего значения и результата вычисления 0xffffffff/out .

Проблема заключается в том, что после запуска скомпилированного кода выводится следующее сообщение об ошибке:

Итак, для отладки кода в первую очередь следует скомпилировать код программы с использованием параметра компилятора -g . Это команда компиляции:

Далее предлагаю запустить отладчик GDB и сообщить ему имя исполняемого файла, который мы хотим отлаживать. Для этого используется следующая команда:

Теперь следует обратить внимание на то, что в процессе исполнения программы выводится сообщение об ошибке «floating point exception» и, как многие из вас наверняка знают, данная ошибка обычно связана с делением произвольного значения на ноль. Помня об этом, я помещаю точку останова в строку под номером 11, где осуществляется деление. Это делается следующим образом:

Обратите внимание на приветствие отладчика (gdb) , после которого я ввел команду break 11 .

Теперь я прошу GDB начать исполнение программы:

При достижении точки останова в первый раз GDB выводит следующую информацию:

Как несложно заметить, отладчик вывел код строки, в которой была установлена точка останова. Теперь давайте выведем текущее значение переменной out . Это делается следующим образом:

Очевидно, что отладчик вывел значение 5 . На основе этой информации можно сделать вывод, что в текущее время программа работает корректно. Поэтому я прошу отладчик продолжить исполнение программы до достижения следующей точки останова путем ввода команды c .

Я продолжаю выполнять аналогичные действия до того момента, пока не вижу нулевое значение переменной out .

Теперь для подтверждения предположения о том, что имеется проблема, я использую команду GDB s (или step ) вместо c . Это делается потому, что я хочу, чтобы строка 11, на которой на данный момент остановилось исполнение программы, была исполнена, в результате чего исполнение программы может аварийно завершиться.

В результате случается следующее:

Да, приведенный выше вывод подтверждает, что системный сигнал генерируется именно в этой строке. Окончательное подтверждение происходит при попытке повторного исполнения команды s :

Вы можете отлаживать свои программы с помощью GDB аналогичным образом.

Заключение

В данной статье мы рассмотрели лишь малую толику возможностей отладчика GDB, доступных для изучения и использования. Обратитесь к странице руководства GDB для получения дополнительной информации о данном инструменте и попытайтесь самостоятельно использовать его для отладки своего кода. Рассматриваемый отладчик не является дружелюбным, но трата времени на его изучение вполне оправдана.

Источник

Debug Applications with gdb Command In Linux

gdb is the short form of GNU Debugger. A debugger is a tool used to search and find and get detailed information about bugs in application binaries. gdb is popular in the Linux community which is used by most of the IDE, Programming tools event in Android IDE’s. In this tutorial, we will look at how to start and use the basic features of gdb .

Example Code

During this tutorial, we will use the following simple application code which is written in C Programming language. This code just calculates factorial.

Install gdb For Ubuntu, Debian, Mint, Kali

We can install gdb for Ubuntu, Debian, Mint and Kali with the following lines.

Install gdb For CentOS, RHEL, Fedora

Installation for gdb in RPM based distros like CentOS, RHEL and Fedora

Compile Application

We will start by compiling our example application. We will use GCC or GNU Compiler Collection which is a defacto compiler for the Linux environment. gcc can be installed with the following line if not installed.

Now we will compile our application just providing the source code file name which is poftut.c in this case.

Compile Application with Debug Info

We can debug all ready compiled applications but there is some useful option that can be used to provide more information about the application while debugging. We can enable debugging information which can be used to match debugging code with source code and provides more detailed information. We can use -g option while compiling with gcc like below.

Setup Debugging By Running Executable

We can start applications for debugging with different methods but the most basic and practical way is starting with the application name. We will start poftut app like below.

We can see gdb interactive shell is started after loading app and related debugging information.

Start Debugging

We can start debugging the given application by using run command. But keep in mind that this will start process run which will end in this case without a problem. While running the standard output will be put to the screen. and the last thing is exit status which is normal in this case.

Inspect Crashes

One of the use case for gbd is inspecting crashes to find the cause. The application can be exited by crashing and in this case crash information is get by gdb . We can list crash information with backtrace command like below.

Breakpoints

In big applications, we generally need to inspect the flow of the application. While inspecting we need to look specific situation which is important for us. We can set breakpoints that will stop the execution of the application. We can check the current register and memory values easily. In this example, we set a break for the line printf .

List Breakpoints

We can list existing breakpoints and their hit count with the info break command like below.

List Register Values

We can list current register values with info registers command like below. Keep in mind that register values are very volatile and changes in each step in general.

Stepping

During debugging we generally want to go one step further which will change current memory and register values. We can use step command for this.

We can also spefiy the step count which is 3 in this case.

Источник

Краткий гайд по использованию GDB

В этом коротком туториале мы рассмотрим базовые приёмы работы с GDB, а также посмотрим как можно (и нужно) подготавливать файлы к отладке для GDB.

GDB — переносимый отладчик проекта GNU, который работает на многих UNIX-подобных системах и умеет производить отладку многих языков программирования, включая Си, C++, Free Pascal, FreeBASIC, Ada, Фортран, Python3, Swift, NASM и Rust.

Почему именно GDB? Всё легко, он уже установлен на многих UNIX-подобных системах, лёгок в использовании и поддерживает много языков. Работа с ним оказывается очень лёгкой, а также его можно подключить к VSCode и другим редакторам кода (Включая Vim, NeoVim (ясное дело), Emacs, Atom и далее)

Подготовка файлов

Для примера мы возьмём файлы .cpp и будем проходиться по ним вдоль и поперёк.

Для того чтобы нам пройтись по такому файлу нам нужно скомпилировать его с помощью G++ с использованием флага -g (это действительно важно, без этого флага, программа не будет корректно работать в GDB).

Python-файл вы можете продебажить с помощью этой команды:

Для Java вы просто можете использовать jdb, который уже идёт в комплекте c JDK.

Также, если вам не хочется компилировать всё ручками, вы можете просто использовать сайт OnlineGDB, там просто нужно вставить код и нажать debug, а затем внизу откроется консоль, где вы сможете писать команды.

Использование GDB

Как только мы зашли в GDB нам выводится следующее сообщение:

Последняя строка говорит о том, нормально ли запустился файл.

Теперь нужно посмотреть, где в нашем файле точка вхождения (строка, откуда наша программа начинает свою работу), в случае cpp это метод main() . Находим номер этой строки c помощью команды list и пишем её порядковый номер с буквой b (также можно просто указать имя функции b main тоже работает):

Далее запускаем программу с помощью комманды r :

Также вы можете включить TUI, с помощью комбинации клавиш

Для того, чтобы посмотреть на какой мы сейчас строке, нужно написать f :

Для того, чтобы сделать шаг, нужно нажать n (от слова next):

Как мы видим GDB сразу пропускает пустые строки (или строки с комментариями) и переходит к следующей строке.
Предположим, что у нас есть функция, при нажатии n наш отладчик быстро пройдет функцию, не заходя в неё, чтобы зайти в функцию нужно сделать «шаг внутрь» (step-in) или просто клавиша s :

(В примере нет функции, однако шаг step-in все равно будет работать и с обычными инициализациями, условиями и циклами)

Чтобы узнать какие переменные (локальные) сейчас инициализированны в программе нужно написать комманду info locals :

Чтобы вывести только одну переменную, нужно написать print имя_переменной :

Мы можем также изменить переменную с помощью set :

Мы можем также следить за переменными с помощью watch :

Также, если нужно можно посмотреть что в данный момент находится в регистрах ( info registers ):

Чтобы посмотреть какие в данный момент есть breakpoints (точки останова) нужно написать info breakpoints :

Чтобы удалить точку останова del breakpoint_num :

Чтобы прыгнуть к следующей точке останова нужно нажать c :

Мы можем вызывать функции из программы (локальные) с помощью call :

Чтобы продолжить выполнение функции и остановить программу когда она (функция) завершится нужно написать finish или fin :

Стоит уточнить, что нельзя использовать finish в главном методе.

Чтобы завершить выполнение программы, нужно написать kill :

Также можно написать help в любой момент и получить краткую справку, как пользоваться отладчиком

Источник

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:

sudo apt install gdb

В CentOS или Fedora команда установки будет выглядеть следующим образом:

sudo dnf install gdb

А для Arch Linux надо выполнить:

sudo pacman -S gdb

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:

gcc -g -o program program.c

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:

(gdb) run arg1 arg2

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:

(gdb) break 11 if var1==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:

(gdb) info locals

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:

(gdb) print var1+30

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

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:

• o — восьмиричный;
• x — шестнадцатиричный;
• d — десятичный;
• f — число с плавающей запятой;
• i — инструкция процессора;
• с — символ;
• s — строка.

Также можно указать размер выводимого блока:

• b — байт;
• h — полуслово (два байта);
• w — слово (четыре байта);
• g — восемь байт;

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.

Источник