从《gdb调试方法(2)-ptrace》可以看到，ptrace会频繁的下发PTRACE_GETREGS 和 PTRACE_SETREGS ,通过修改pc寄存器，从而使得进程能够被gdb接管，在trace处运行gdb的相关命令。

本文基于简单的程序，使用gdb完成简单的调试工作

调试什么

根据ptrace的理解，我们可以大概总结gdb能够获取哪些内容

当前寄存器
DWARF调试信息
函数调用栈
变量
函数当前栈
内存内容
线程状态
函数汇编指令

示例代码

为了简单的实现gdb的调试，这里提供一个简易的示例代码如下


#include <stdio.h>

static char hello[] = "hello";
int y = 2;

void mem()
{
    void *p = malloc(sizeof(char)*10);
    memcpy(p, hello, strlen(hello) + 1);
    free(p);
}

int sum(int x)
{
    int s = x + y;
    printf("sum=%d\n", s);
    return s;
}

int main()
{
    int x = 1;
    sum(x);
    mem();
}

实践

为了编译可调试并带有DWARF调试信息，只需要编译时增加g选项即可


gcc example.c -g -o example

然后gdb直接调试即可


# gdb ./example

设置断点


(gdb) b sum
Breakpoint 1 at 0x780: file example.c, line 8.
(gdb) r
Starting program: /root/gdb/example

Breakpoint 1, sum (x=1) at example.c:8
8           int s = x + y;

查看寄存器

因为sum的形参是x，所以我们可以看到x0的值就是1


(gdb) i r
x0             0x1                 1
x1             0xfffffffff498      281474976707736
x2             0xfffffffff4a8      281474976707752
x3             0xaaaaaaaaa7b4      187649984473012
x4             0x0                 0
x5             0xc56a615efa85d69   889080589597564265
x6             0xfffff7f87ad8      281474842000088
x7             0x4040100000000000  4629718009122914304
x8             0xffffffffffffffff  -1
x9             0xffff              65535
x10            0x800000008000      140737488388096
x11            0x0                 0
x12            0xfffff7e1be48      281474840510024
x13            0x0                 0
x14            0x0                 0
x15            0x6fffff47          1879048007
x16            0xaaaaaaabafa0      187649984540576
x17            0xfffff7e38c68      281474840628328
x18            0x73516240          1934713408
x19            0xaaaaaaaaa7d8      187649984473048
x20            0x0                 0
x21            0xaaaaaaaaa660      187649984472672
x22            0x0                 0
x23            0x0                 0
x24            0x0                 0
x25            0x0                 0
x26            0x0                 0
x27            0x0                 0
x28            0x0                 0
x29            0xfffffffff2f0      281474976707312
x30            0xaaaaaaaaa7cc      187649984473036
sp             0xfffffffff2f0      0xfffffffff2f0
pc             0xaaaaaaaaa780      0xaaaaaaaaa780 <sum+12>
cpsr           0x60000000          [ EL=0 C Z ]
fpsr           0x0                 0
fpcr           0x0                 0

查看堆栈

因为能够获得寄存器，所以可以从x30和x29推算堆栈，然后结合DWARF的信息可以打印如下。


(gdb) bt
#0  sum (x=1) at example.c:8
#1  0x0000aaaaaaaaa7cc in main () at example.c:16

查看源码

因为代码存在DWARF信息，所以能够借助DWARF信息查看代码行，如下


(gdb) l
13      int main()
14      {
15          int x = 1;
16          sum(x);
17      }
18

查看变量

DWARF提供了局部变量的偏移值，以及全局变量和静态的固定加载地址。所以借助DAWRF的信息，可以在gdb中查看变量


(gdb) p x
$3 = 1
(gdb) p y
$4 = 2
(gdb) p hello
$5 = "hello"
(gdb) p s
$6 = 0

查看内存

因为DWARF会帮我们计算好p的值，所以我们可以轻松的通过x打印内存，如下


(gdb) u 12
mem () at example.c:12
12          free(p);
(gdb) x/10c p
0xaaaaaaabc6b0: 104 'h' 101 'e' 108 'l' 108 'l' 111 'o' 0 '\000'        0 '\000'        0 '\000'
0xaaaaaaabc6b8: 0 '\000'        0 '\000'

同样的，也可以使用dump直接打印区域的内存，只要我们自行计算好变量起始地址和结束即可。
首先我们对mem函数反汇编


(gdb) disassemble/m
Dump of assembler code for function mem:
9       {
   0x0000aaaaaaaaa894 <+0>:     stp     x29, x30, [sp, #-32]!
   0x0000aaaaaaaaa898 <+4>:     mov     x29, sp

10          void *p = malloc(sizeof(char)*10);
=> 0x0000aaaaaaaaa89c <+8>:     mov     x0, #0xa                        // #10
   0x0000aaaaaaaaa8a0 <+12>:    bl      0xaaaaaaaaa720 <malloc@plt>
   0x0000aaaaaaaaa8a4 <+16>:    str     x0, [sp, #24]

11          memcpy(p, hello, strlen(hello) + 1);
   0x0000aaaaaaaaa8a8 <+20>:    adrp    x0, 0xaaaaaaabb000
   0x0000aaaaaaaaa8ac <+24>:    add     x0, x0, #0x10
   0x0000aaaaaaaaa8b0 <+28>:    bl      0xaaaaaaaaa700 <strlen@plt>
   0x0000aaaaaaaaa8b4 <+32>:    add     x0, x0, #0x1
   0x0000aaaaaaaaa8b8 <+36>:    mov     x2, x0
   0x0000aaaaaaaaa8bc <+40>:    adrp    x0, 0xaaaaaaabb000
   0x0000aaaaaaaaa8c0 <+44>:    add     x1, x0, #0x10
   0x0000aaaaaaaaa8c4 <+48>:    ldr     x0, [sp, #24]
   0x0000aaaaaaaaa8c8 <+52>:    bl      0xaaaaaaaaa6f0 <memcpy@plt>

12          free(p);
   0x0000aaaaaaaaa8cc <+56>:    ldr     x0, [sp, #24]
   0x0000aaaaaaaaa8d0 <+60>:    bl      0xaaaaaaaaa760 <free@plt>

13      }
   0x0000aaaaaaaaa8d4 <+64>:    nop
   0x0000aaaaaaaaa8d8 <+68>:    ldp     x29, x30, [sp], #32
   0x0000aaaaaaaaa8dc <+72>:    ret

End of assembler dump.

如果我们想取出void* p的内存，可以看到sp+24存放了malloc的地址，而传入malloc的参数是0xa，如下


10          void *p = malloc(sizeof(char)*10);
=> 0x0000aaaaaaaaa89c <+8>:     mov     x0, #0xa                        // #10
   0x0000aaaaaaaaa8a0 <+12>:    bl      0xaaaaaaaaa720 <malloc@plt>
   0x0000aaaaaaaaa8a4 <+16>:    str     x0, [sp, #24]

然后解析malloc返回地址，如下


(gdb) x/gx $sp + 24
0xfffffffff2e8: 0x0000aaaaaaabc6b0

所以可以直接将其dump出来，如下


(gdb) u 12
mem () at example.c:12
12          free(p);
(gdb) dump binary memory test.bin 0x0000aaaaaaabc6b0 0x0000aaaaaaabc6b0+10

此时可以看到test.bin就是我想要查看的内存内容 hello


# hexdump -C test.bin
00000000  68 65 6c 6c 6f 00 00 00  00 00                    |hello.....|
0000000a

打印类型

打印类型也是非常常用的命令，借助DWARF可以帮我们默认解析好变量的类型，所以可以直接打印，如下


(gdb) ptype y
type = int

打印线程

多线程程序调试时，可以通过threads来切换线程，并单独控制某个线程，打印线程的命令如下


(gdb) i threads
  Id   Target Id                Frame
* 1    process 392716 "example" mem () at example.c:12

总结

到这里，gdb的基本简单调试的方法已经说明了，可以发现，gdb调试绝大部分情况下还是依赖DWARF调试信息，如果有这个信息，那么调试会变得非常简单，如果没有这个信息，那么就得人为的计算，如果不辅助一下插桩的技巧，或者标记点，那么调试计算会变得很麻烦，但是总而言之，调试的时候，尽可能得需要保证二进制包含DWARF调试信息。

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