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GDB 完整知識庫整理

目錄

第一部分：GDB 基礎與安裝

GDB 編譯與安裝

基本編譯步驟

sudo apt-get install libgmp-dev libmpfr-dev

git clone https://github.com/bminor/binutils-gdb

../configure --enable-targets=all \
--prefix=/home/shihyu/.mybin/gdb

make -j8 && make install

編譯 GDB 7.9 with Python 支援

sudo apt-get install texinfo libncurses-dev libreadline-dev python-dev

# 修改 gdb/remote.c 解決 'g' packet reply is too long 問題
# 屏蔽 process_g_packet 函數中的錯誤檢查並添加動態調整程式碼

# 使用 Anaconda Python
export LDFLAGS="-Wl,-rpath,/home/shihyu/anaconda3/lib -L/home/shihyu/anaconda3/lib"

../configure --enable-targets=all \
             --enable-64-bit-bfd  \
             --with-python=python3.7 \
             --with-system-readline \
             --prefix=/home/shihyu/.mybin/gdb8.3_python3

make && make install

第二部分：GDB 常用指令

記憶體檢視指令 (examine)

格式：x /nfu <address>

參數說明：

  • n：要顯示的內存單元個數
  • f：顯示格式
    • x：十六進制
    • d：十進制
    • u：無符號十進制
    • o：八進制
    • t：二進制
    • a：地址格式
    • i：指令格式
    • c：字符格式
    • f：浮點數格式
  • u：單元長度
    • b：單字節
    • h：雙字節
    • w：四字節
    • g：八字節

基本調試指令

斷點設置

break main              # 在 main 函數設置斷點
break file.c:100       # 在指定檔案的行號設置斷點
break function_name    # 在函數入口設置斷點
info breakpoints       # 查看所有斷點
delete 1               # 刪除斷點編號 1

執行控制

run                    # 開始執行程式
continue              # 繼續執行
step                  # 單步執行（進入函數）
next                  # 單步執行（不進入函數）
finish                # 執行到當前函數返回

變數與記憶體檢視

print variable        # 打印變數值
print *pointer       # 打印指標指向的值
info locals          # 查看局部變數
info args           # 查看函數參數
display variable    # 每次停止時顯示變數

堆疊操作

backtrace           # 顯示函數調用堆疊
frame n             # 切換到第 n 個堆疊框架
up                  # 向上移動堆疊框架
down                # 向下移動堆疊框架

GDB Dashboard 與增強工具

  • GDB Dashboard：https://github.com/cyrus-and/gdb-dashboard
  • Gdbinit for OS X/iOS：https://github.com/gdbinit/Gdbinit
  • dotgdb：https://github.com/dholm/dotgdb

第三部分：GDB 程式追蹤與調試

方法一：基本 GDB 命令追蹤

# 編譯程式（加入除錯資訊）
gcc -g -o demo demo.c

# 啟動 GDB 並設定記錄
gdb ./demo

(gdb) set logging enabled on
(gdb) set logging file basic_trace.txt
(gdb) set trace-commands on

# 設置斷點
(gdb) break main
(gdb) break calculate

# 設定自動命令
(gdb) commands 1-2
> silent
> printf "=== Function: "
> where 1
> info args
> info locals
> continue
> end

# 執行程式
(gdb) run

方法二：使用 Python 腳本自動追蹤

# 啟動 GDB 並載入腳本
gdb ./demo
(gdb) source trace.py
(gdb) trace-start
(gdb) run
(gdb) trace-stop

方法三：記錄/重播功能

gdb ./demo
(gdb) start
(gdb) record              # 開啟記錄
(gdb) continue
(gdb) reverse-continue    # 反向執行
(gdb) reverse-step       # 反向單步
(gdb) info record        # 查看記錄資訊

Watchpoint 使用指南

基本語法

watch <expression>         # 當表達式值改變時中斷
rwatch <expression>       # 當表達式被讀取時中斷
awatch <expression>       # 當表達式被讀或寫時中斷

實際範例

watch counter             # 監控變數 counter
watch ptr->value         # 監控結構體成員
watch array[5]           # 監控陣列元素
watch *(int*)0x12345678  # 監控特定記憶體地址

第四部分：GDB 自動化與腳本

GDB 命令行參數

四種執行腳本的方法

  1. 使用 -x 參數
gdb -x script.gdb ./program
  1. 使用 --command 參數
gdb --command=script.gdb ./program
  1. 使用 -ex 執行單個命令
gdb -ex "break main" -ex "run" ./program
  1. 使用 --eval-command
gdb --eval-command="break main" --eval-command="run" ./program

Commands 腳本語法

基本結構

commands [breakpoint-number]
  silent                  # 不顯示斷點訊息
  # 你的命令
  printf "Variable: %d\n", variable
  continue               # 自動繼續執行
end

進階範例

# 追蹤函數調用
define trace_function
  commands $arg0
    silent
    printf "[%s] called with args: ", $arg1
    info args
    continue
  end
end

函數調用追蹤與流程圖生成

創建追蹤腳本

# trace.gdb
set pagination off
set logging file trace.log
set logging on

define hook-stop
  where 1
  info args
end

break function1
break function2
commands 1-2
  silent
  continue
end

run

生成調用圖

# 解析追蹤日誌生成 DOT 格式
def parse_trace_to_dot(trace_file):
    with open(trace_file) as f:
        lines = f.readlines()
    # 處理邏輯...
    generate_dot_file(calls)

第五部分：特定語言調試

Rust 調試

編譯與調試

# 編譯 Rust 程式（包含除錯資訊）
rustc -C debuginfo=2 test.rs

# 或使用 cargo
cargo build --debug

Rust GDB 特殊命令

# 打印 Rust 字串
print string_var

# 查看 Vec 內容
print vec_var.buf.ptr.pointer

# 查看 Option 類型
print option_var

Rust 調試範例

trait Printable {
    fn print(&self);
}

struct Point {
    x: i32,
    y: i32,
}

impl Printable for Point {
    fn print(&self) {
        println!("({}, {})", self.x, self.y);
    }
}

fn main() {
    let list = vec![Point { x: 1, y: 2 }, Point { x: 3, y: 4 }];
    // 設置斷點調試
}

Go 語言調試

Go 程式編譯

# 關閉優化，保留除錯資訊
go build -gcflags="-N -l" main.go

Go GDB 命令

# 查看 goroutine
info goroutines

# 切換 goroutine
goroutine 2 bt

# 打印 Go 字串
print string_var

Go 測試範例

package main

import "fmt"

func add(a, b int) int {
    result := a + b
    fmt.Printf("Adding %d + %d = %d\n", a, b, result)
    return result
}

func main() {
    fmt.Println("=== Go GDB Debug Test ===")
    result := add(5, 3)
    fmt.Printf("Result: %d\n", result)
}

第六部分：進階功能

動態庫分析 (.so 檔案)

查看動態庫資訊

info sharedlibrary        # 列出載入的動態庫
sharedlibrary libname    # 載入符號資訊

設置動態庫斷點

# 在動態庫函數設置斷點
break libname.so:function_name

# 設置延遲斷點
set breakpoint pending on
break function_in_so

JeMalloc 記憶體調試

編譯時啟用 JeMalloc

gcc -g -o app app.c -ljemalloc

GDB 中分析 JeMalloc

# 查看記憶體統計
call je_malloc_stats_print(NULL, NULL, NULL)

# 設置環境變數
set environment MALLOC_CONF=stats_print:true

圖形化調用關係

生成調用圖工具

  • 使用 gdb_graphs 專案生成可視化調用圖
  • 輸出 DOT 格式，可用 Graphviz 渲染
# 生成調用追蹤
gdb -x trace_calls.gdb ./program

# 轉換為圖形
python parse_trace.py trace.log > calls.dot
dot -Tpng calls.dot -o calls.png

第七部分：特殊平臺調試

QEMU + GDB 調試 RISC-V Linux Kernel

環境準備

# 安裝必要套件
sudo apt install \
    git \
    autoconf \
    automake \
    autotools-dev \
    ninja-build \
    build-essential \
    libmpc-dev \
    libmpfr-dev \
    libgmp-dev \
    libglib2.0-dev \
    libpixman-1-dev

編譯 RISC-V 工具鏈

git clone https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain
cd riscv-gnu-toolchain
./configure --prefix=/opt/riscv
make linux

QEMU 調試 Kernel

# 啟動 QEMU（等待 GDB 連接）
qemu-system-riscv64 \
    -machine virt \
    -kernel linux/arch/riscv/boot/Image \
    -s -S

# 另一終端啟動 GDB
riscv64-linux-gnu-gdb vmlinux
(gdb) target remote :1234
(gdb) break start_kernel
(gdb) continue

第八部分：實用工具與專案

GDB Tracer 工具

位於 src/gdb-tracer/ 的追蹤工具，支援：

  • 自動函數調用追蹤
  • 生成執行流程報告
  • 支援 Rust 程式調試

GDB Trace Python 工具

位於 src/gdb_trace_python_src/ 的 Python 增強工具：

  • 自動化追蹤腳本
  • 日誌解析與分析
  • 調用關係視覺化

可點擊調用圖生成器

位於 src/GDB_GenerateClickbleCallGraph-/ 的工具：

  • 生成互動式 HTML 調用圖
  • 支援函數跳轉導航
  • 程式碼覆蓋率分析

Rust GDB 範例專案

位於 src/rust-gdb-example/ 的完整範例：

  • Rust 程式調試最佳實踐
  • 常見問題與解決方案
  • 性能分析範例

附錄：快速參考卡

最常用命令速查

命令簡寫說明
breakb設置斷點
runr執行程式
continuec繼續執行
nextn單步執行（跳過函數）
steps單步執行（進入函數）
printp打印變數
backtracebt顯示調用堆疊
quitq退出 GDB
infoi顯示資訊
listl顯示原始碼

環境設定建議

# ~/.gdbinit 設定檔
set history save on
set history size 1000
set print pretty on
set print array on
set print array-indexes on
set pagination off

調試技巧總結

  1. 使用條件斷點：break file.c:100 if variable == 5
  2. 自動化重複任務：使用 commands 和 define
  3. 保存調試會話：save breakpoints file.bp
  4. 遠端調試：target remote hostname:port
  5. 核心轉儲分析：gdb program core.dump

參考資源

本文檔整理自 GDB 相關知識庫，涵蓋基礎到進階的完整調試技術。