我的日常工具——gdb篇

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我的日常工具——gdb篇我的日常工具——gdb篇

03 APR 2014

1.gdb的原理

熟悉linux的同學面試官會問你用過gdb么？那好用過，知道gdb是怎么工作的么？然后直接傻眼。。。 gdb是怎么接管一個進程？并且能獲取這個進程的變量、堆棧、寄存器、內存映像等信息的呢？還可以打斷點執行？這些都是gdb一些基本的功能。很簡單，ptrace，好來看看manual上這個系統調用的定義。

#include <sys/ptrace.h>long ptrace(enum __ptrace_request request, pid_t pid,void *addr,                     void *data);

簡單描述：ptrace系統調用提供一種方法使某一父進程(叫做"tracer")可以觀察并控制另外一個進程(叫做"tracee")的執行，而且還可以檢查并改變執行tracee進程時的內存映像和寄存器。這個系統調用主要用來實現斷點調試和函數調用跟蹤（ It is primarily used to implement breakpoint debugging and system call tracing）。

2.gdb將高級語言轉成匯編

對于c、c++這樣的語言，如果不注意內存釋放經常會出現“野指針”、“空指針”等，程序dump掉的時候要找清楚那地方crash了，匯編指令顯的非常重要。比如：

程序1：

#include <stdio.h>struct foo{    int i;    char a[0];};struct fool{    struct foo *henry;};int main(){    struct fool test={0};    if(test.henry->a)        printf("%x/n",test.henry->a);    return 0;}

程序2：

#include <stdio.h>struct foo{    int i;    char *a;};struct fool{    struct foo *henry;};int main(){    struct fool test={0};    if(test.henry->a)        printf("%x/n",test.henry->a);    return 0;}

第一個程序不會core dump，而第二個程序core dump掉了。原因在第12行程序1訪問的a是數組的地址，而程序2訪問的時指針a的內容，a為NULL指針，訪問其內容當然時非法的。你可能要問了，你為什么知道程序1訪問的是地址而程序2訪問的是內容呢？那就需要匯編指令幫忙了。

題外話：程序2dump會產生core文件，如果沒有出現core文件，用ulimit -c unlimited命令產生。

[henry@localhost core]$ gdb -c core.4340 GNU gdb (GDB) Fedora 7.6.50.20130731-19.fc20Copyright (C) 2013 Free Software Foundation, Inc.License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>This is free software: you are free to change and redistribute it.There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"and "show warranty" for details.This GDB was configured as "x86_64-redhat-linux-gnu".Type "show configuration" for configuration details.For bug reporting instructions, please see:<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.Find the GDB manual and other documentation resources online at:<http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>.For help, type "help".Type "apropos Word" to search for commands related to "word".[New LWP 4340]Missing separate debuginfo for the main executable fileTry: yum --enablerepo='*debug*' install /usr/lib/debug/.build-id/73/a4410588cf88e43ecdfa6825cd15160aa6ddc7Core was generated by `./struct_dump1'.Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault.#0  0x0000000000400544 in ?? ()(gdb) file struct_dump1Reading symbols from /home/henry/code/core/struct_dump1...done.(gdb) bt#0  0x0000000000400544 in main () at struct_dump1.c:12(gdb) disassemble mainDump of assembler code for function main:   0x0000000000400530 <+0>:    push   %rbp   0x0000000000400531 <+1>:    mov    %rsp,%rbp   0x0000000000400534 <+4>:    sub    $0x10,%rsp   0x0000000000400538 <+8>:    movq   $0x0,-0x10(%rbp)   0x0000000000400540 <+16>:    mov    -0x10(%rbp),%rax=> 0x0000000000400544 <+20>:    mov    0x8(%rax),%rax   0x0000000000400548 <+24>:    test   %rax,%rax   0x000000000040054b <+27>:    je     0x400567 <main+55>   0x000000000040054d <+29>:    mov    -0x10(%rbp),%rax   0x0000000000400551 <+33>:    mov    0x8(%rax),%rax   0x0000000000400555 <+37>:    mov    %rax,%rsi   0x0000000000400558 <+40>:    mov    $0x400600,%edi   0x000000000040055d <+45>:    mov    $0x0,%eax   0x0000000000400562 <+50>:    callq  0x400410 <printf@plt>   0x0000000000400567 <+55>:    mov    $0x0,%eax   0x000000000040056c <+60>:    leaveq    0x000000000040056d <+61>:    retq End of assembler dump.

上面看到程序執行時用bt提示程序在12行dump掉了，然后轉換成匯編代碼可以看到12行執行的時mov指令。

對于char a[0]來說，匯編代碼用了lea指令，lea 0×8(%rax), %rax
對于char *a來說，匯編代碼用了mov指令，mov 0×8(%rax), %rax

lea指令是把地址放進去，而mov是把內容放進去，而NULL指針的內容是不能訪問的。這就是前面提到的*a 和a[0]的不同。¹

ni和si是單步執行匯編命令，和next與step一樣，n表示在當前函數一步步執行，s代表跟蹤函數，可以從當前函數跳到另一個函數。display可以顯示一些寄存器內容，如display /x $pc顯示程序計數器。info reg顯示所有寄存器內容。

tips——關于NULL指針：

如果程序里有NULL指針，NULL指針會指向系統為程序分配的段地址的開始，系統為段開頭64k做苛刻的規定。程序中（低訪問權限）訪問要求高訪問權限的這64K內存被視作是不容許的，會引發access Volitation 錯誤。64K內存是一塊保留內存（即不能被程序動態內存分配器分配，不能被訪問，也不能被使用），就是簡單的保留，不作任何使用。²

下面的代碼是對空指針的測試：

#define NULL (void*)0int main(){  int *p1 = NULL;  int *p2 = NULL;  int *p3 = NULL;  return 0;} 下面是用gdb測試：[henry@localhost core]$ gcc -g null_point_test.c -o null_point_test[henry@localhost core]$ gdb null_point_test GNU gdb (GDB) Fedora 7.6.50.20130731-19.fc20Copyright (C) 2013 Free Software Foundation, Inc.License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>This is free software: you are free to change and redistribute it.There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"and "show warranty" for details.This GDB was configured as "x86_64-redhat-linux-gnu".Type "show configuration" for configuration details.For bug reporting instructions, please see:<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.Find the GDB manual and other documentation resources online at:<http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>.For help, type "help".Type "apropos word" to search for commands related to "word"...Reading symbols from /home/henry/code/core/null_point_test...done.(gdb) list1    #define NULL (void*)02    int main()3    {4      int *p1 = NULL;5      int *p2 = NULL;6      int *p3 = NULL;7      return 0;8    }(gdb) b 7Breakpoint 1 at 0x40050c: file null_point_test.c, line 7.(gdb) rStarting program: /home/henry/code/core/null_point_test Breakpoint 1, main () at null_point_test.c:77      return 0;Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.18-12.fc20.x86_64(gdb) p &p1$1 = (int **) 0x7fffffffdf08(gdb) p &p2$2 = (int **) 0x7fffffffdf00(gdb) p &p3$3 = (int **) 0x7fffffffdef8(gdb) p &p1$4 = (int *) 0x0(gdb) p &p2$5 = (int *) 0x0(gdb) p &p3$6 = (int *) 0x0(gdb) bt#0  main () at null_point_test.c:7(gdb) p main$4 = {int ()} 0x4004f0 <main>(gdb)

可以看出gdb測試結果p1 p2 p3的內容即null指針的地址都是