11-12 调试利器 GDB

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使用GDB Server和VS Code

在嵌入式板子上，直接使用gdb，需要记住各种gdb命令，时间久了就忘的差不多了。在条件许可的情况下，GDB Server和VS Code配合使用，会非常方便调试。

这里加上了useExtendedRemote和setupCommands两个字段，用到了GDB Server的extended-remote模式，使得我们可以不用每次在板子上通过GDB Server运行程序或者附加到已经运行的程序，然后再使用VS Code + GDB调试。而是直接通过VSCode集成方便的启动调试程序。

.vscode/launch.json
{
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "AppDebug",
            "type": "cppdbg",
            "request": "launch",
            "miDebuggerPath": "arm-linux-gnueabihf-gdb",
            "miDebuggerServerAddress": "192.168.8.127:8080",
            "program": "${workspaceFolder}/build/GateFace",
            "args": [],
            "stopAtEntry": true,
            "cwd": "${workspaceFolder}",
            "environment": [],
            "externalConsole": false,
            "logging": {
                "engineLogging": false
            },
            "MIMode": "gdb",
            "useExtendedRemote": true,
            "setupCommands": [
                {
                    "text": "set remote exec-file /sdcard/GateFace",
                    "description": "设置嵌入式单板加载的程序",
                    "ignoreFailures": false
                }
            ]
        }
    ]
}

然后在板子上执行：

./gdbserver --multi 192.168.8.127:8080

就可以很方便的使用VS Code的运行和调试功能了。

如果希望手动在单板上运行调试程序或附加到已经运行的调试程序，useExtendedRemote和setupCommands两个字段去除即可。

target extended-remote 192.168.8.127:8080
set remote exec-file /sdcard/GateFace

源码编译

下载GDB源码包，这里以 gdb-14.1.tar.xz 为例。下载后进行解压然后进入源码目录：

tar xvf ./gdb-14.1.tar.xz
cd gdb-14.1/

首先构建gdb（构建出来的 aarch64-linux-gnu-gdb 是运行在 PC 环境下的，所以使用的编译器不是交叉编译工具，而是本地 gcc ）：

sudo apt install libgmp-dev libmpfr-dev texinfo
./configure --enable-static=yes --target=aarch64-linux-gnu --prefix=/opt/aarch64-v01c01-linux-gnu-gcc/lib/gdb-14.1
make -j6 && make install

然后构建运行于目标调试板的 gdbserver（可以删除 gdb-14.1 目录，重新解压源码以保持环境干净）：

export CC=aarch64-linux-gnu-gcc
./configure --enable-static=yes --host aarch64-linux-gnu --target=aarch64-linux-gnu --disable-gdb --prefix=/opt/aarch64-v01c01-linux-gnu-gcc/lib/gdb-14.1
make all-gdbserver -j6 && make install-gdbserver

在使用时 gdb 会报错：

Remote 'g' packet reply is too long (expected 788 bytes, got 796 bytes): ......

如果出现此报错，则降低gdb版本尝试。推荐使用和交叉编译工具链gcc版本相同的gdb源码。

11 调试利器GDB(上)

什么是GDB?

GNU项目中的调试器(gnu debuger)；能够跟踪程序的执行，也能够恢复程序崩溃前的状态。

为什么需要GDB？

软件不是一次性开发完成的(是软件就有bug,是程序就有问题)；调试是软件开发过程中不可或缺的技术（调试工具很重要）。

GDB的常规应用

自定义程序的启动方式(指定影响程序运行的参数)
设置条件断点(在条件满足时暂停程序的执行)
回溯检查导致程序异常结束的原因(Core Dump)
动态改变程序执行流(定位问题的辅助方式)

GDB的启动方式

直接启动
- gdb
- gdb test.out
- gdb test.out core
动态连接：gdb test.out pid

GDB应用示例一

kylin@hp-vm:~$ gdb			//启动
(gdb) file test.out			//载入目标程序,等价于gdb test.out
(gdb) set args arg1 arg2	//设置命令行参数
(gdb) run				   //执行目标程序

GDB应用示例二

kylin@hp-vm:~$ gdb	//启动
(gdb) attach pid	//链接到目标进程，链接成功后目标进程将停止执行。等价于gdb test.out pid
(gdb) continue		//恢复执行

使用GDB进行断点调试

断点类型
- 软件断点:由非法指令异常实现(软件实现)
- 硬件断点:由硬件特性实现(数量有限)
- 数据断点:由硬件特性实现(数量有限)
软件断点的相关操作
- 通过函数名设置断点
  - break func_name[if var = value]
  - tbreak func_name[if var = value]
- 通过文件名行号设置断点
  - break file_name:line_num[if var = value]
  - tbreak file_name:line_num[if var=value]

软件断点的相关操作

操作	命令
断点查看	info breakpoints
断点删除	delete 1 2 n delete breakpoints
断点状态改变	enable 1 2 n enable breakpoints disable 1 2 n disable breakpoints

调试时的常用操作

操作	命令
变量查看	print name
变量设置	set var name = value
执行下一行代码	next
连续执行n行代码	next n
执行进入函数	step
强制当前函数返回	return [value]
运行至当前函数返回	finish
执行至目标行	until line
跳转执行	jump line

硬件断点及其应用

当代码位于只读存储器(Flash)时，只能通过硬件断点调试
硬件断点需要硬件支持，数量有限
GDB中通过hbreak命令支持硬件断点
hbreak与break使用方式完全一致

编程实验：使用GDB进行断点调试

//func.c
#include <stdio.h>

int* g_pointer;

void func() {
    *g_pointer = (int)"D.T.Software";
    return;
}

//test.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

extern int* g_pointer;
extern void func();

void test_1() {
    printf("test_1() : %p\n", test_1);
}

void test_2() {
    printf("test_2() : %p\n", test_2);
}

void test_3() {
    printf("test_3() : %p\n", test_3);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    typedef void(TFunc)();
    TFunc* fa[] = {test_1, test_2, test_3};
    int i = 0;
    
    printf("main() : begin...\n");
    
    for(i=0; i<argc; i++) {
        printf("argv[%d] = %s\n", i, argv[i]);
    }
    
    for(i=0; i<100; i++) {
        fa[i%3]();
        sleep(argc > 1);
    }

    printf("g_pointer = %p\n", g_pointer);

    func();
    
    printf("main() : end...\n");

    return 0;
}

小结

GDB是GNU项目中的调试器，能够跟踪或改变程序的执行
GDB能够根据Core Dump回溯检查导致程序异常结束的原因
GDB同时支持软件断点，硬件断点和数据断点
GDB是嵌入式开发中必须掌握的重要工具

12 调试利器GDB(下)

数据断点

GDB中支持数据断点的设置
watch命令用于监视变量是否被改变(本质为硬件断点)
watch命令的用法:watch var_name

GDB中的内存查看

GDB中可以检查任意内存区域中的数据
命令语法: x /Nuf expression
- N - 需要打印的单元数
- u - 每个单元的大小
- f - 数据打印的格式

示例 ：   x /4bx 0x804a024

x命令中参数u对应的单位

格式打印方式
b 单字节
h 双字节
w 四字节
g 八字节
GDB中的打印格式

格式打印方式
x 十六进制
d 有符号十进制
u 无符号十进制
o 八进制
t 二进制
a 地址
c 字符
f 浮点数
示例:判断系统大小端
```
(gdb) set var=1
(gdb)print /a &var
$1 = 0x804a024<var>
(gdb) x /4bx 0x804a024
0x804a024<var>: 0x01 0x00 0x00 0x00
(gdb) x /1bx 0x804a024
0x804a024<var>:0x01
```

格式	打印方式
b	单字节
h	双字节
w	四字节
g	八字节

格式	打印方式
x	十六进制
d	有符号十进制
u	无符号十进制
o	八进制
t	二进制
a	地址
c	字符
f	浮点数

编程实验一：变量断点和内存查看

//watch.c
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

int g_var = 0;

void* thread_func(void* args) {
    sleep(5);
    
    g_var = 1;
}

int main() {
    int i = 0;
    pthread_t tid = 0;
    
    pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
    
    for(i=0; i<10; i++) {
        printf("g_var = %d\n", g_var);
        
        sleep(1);
    }
}

函数调用栈的查看(backtrace和frame)

backtrace:查看函数调用的顺序(函数调用栈的信息)
frame N : 切换到栈编号为N的上下文中
info frame : 查看当前函数调用的栈帧信息

什么是栈帧信息？

深入info命令

命令	功能说明
info registers	查看当前寄存器的值
info args	查看当前函数参数的值
info locals	查看当前局部变量的值
info frame	查看当前栈帧的详细信息
info variables	查看程序中的变量符号
info functions	查看程序中的函数符号

编程实验二：函数调用栈的查看

#include <stdio.h>

int sum(int n) {
    int ret = 0;
    
    if( n > 0 ) {
        ret = n + sum(n-1);
    }
    
    return ret;
}

int main() {
    int s = 0;
    
    s = sum(10);
    
    printf("sum = %d\n", s);
    
    return 0;
}

一些调试中的小技巧

操作	命令
断点处自动打印	display /f expression undisplay
查看程序中的符号	whatis ptype
GDB中的代码查看	list set listsize N
GDB中的shell操作	shell

技巧示例：断点处自动打印

(gdb) shell gcc -g test.c -o test.out
(gdb) file test.out
Reading symbols form /home/kylin/test.out...done.
(gdb)break test.c:18
Breakpoint 2 at 0x80483ef:file test.c,line 18.
(gdb)continue
Continuing.
Breakpoint 2,func() at test.c:18
18       st[i].i=i;
(gdb) display /d i
1: /d i = 0
(gdb) display /d i*i
2: /d i*i = 0
(gdb) display /a &i
3: /a &i = 0xbffff09c

技巧示例：符号查看

(gdb) whatis func
type = int()
(gdb) ptype func
type = int()
(gdb)whatis g_var
type=int
(gdb) ptype g_var
type = int
(gdb)whatis struct ST
type = struct ST
(gdb)ptype struct ST
type = struct ST{int i;int j};

编程实验三：调试中的小技巧

#include <stdio.h>

int g_var = 1;

struct ST {
    int i;
    int j;
};

int func() {
    struct ST st[5] = {0};
    int i = 0;
    
    for(i=0; i<5; i++) {
        st[i].i = i;
        st[i].j = i * i;
    }
    
    for(i=0; i<5; i++) {
        printf("st[%d].i = %d\n", i, st[i].i);
        printf("st[%d].j = %d\n", i, st[i].j);
    }
}

int main() {
    static c_var = 2;
    func();
    return 0;
}

小结

GDB支持数据断点的设置(一种类型的硬件断点)
watc用于监视变量是否被改变，x用于查看内存中的数据
GDB支持函数调用栈的查看(backtrace,info frames)
GDB支持运行时对程序的符号进行查看(whatis,ptype)

使用GDB Server和VS Code​

源码编译​

11 调试利器GDB(上)​

编程实验：使用GDB进行断点调试​

小结​

12 调试利器GDB(下)​

编程实验一：变量断点和内存查看​

编程实验二：函数调用栈的查看​

编程实验三：调试中的小技巧​

小结​