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调试工具记录
一、运行阶段调试
1、GDB调试
1）显示代码：
list 1,100或list GdbTest.c:1,100
2）设置断点：
break 文件名 行号，b file.c:33，在文件file.c的33行设置断点
break 行号，b 44，在当前文件的44行设置断点
break 函数名，b fun1，在函数的入口设置断点
break break_args if cond，b fun1 if argc > 1，有cond为true时的断点3）打印变量：print 文件名/函数名 变量名，
p fun1::a1，如果要打印某个线程的变量，要先切到上下文，见第7点。
4）监控变量：
watch 文件名/函数名 变量名，watch fun1::a1
char *p; watch *p，监控指针p指向的内容，watch p，监控指针p变量本身；
cha a[16]; watch a，监控a的16个数据
5）查看线程信息，info thread
6）查看断点信息，info break
7）切换线程：thread threadId，如thread 2
8）运行：run，r
9）单步运行：next，n
10）继续运行：continue，c
11）指定源码路径：dir /mnt/xxx/yyy/zzz/，当执行文件和源码不在同一路径时，gdb查看代码会出现找不到文件，指定源码路径可解决；多个源码路径用“:”分隔；清空源码路径命令：dir
12）指定加载失败的so的搜索路径：set solib-search-path /var:/home，solib-search-path可以指定多个路径。在linux上，路径之间用冒号分隔
13）查看源码路径：show dir
14）查看内存 x/nfu addr
n是要显示的内存单元个数
f是显示方式：x16进制、d 10进制、u 6进制无符号、c 字符格式、f 浮点数格式
u是一种地址的单元长度：b 单字节、h 双字节、w 四字节、g 八字节；
eg.x/128xw 0xffff1234，从0xffff1234开始以16进制显示128个word
举例：Reading symbols from /data1/hongmiao/work/Code/MyCode/GDB/a.out...done. (gdb) l 1,100 #--->显示代码 1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 6 int g_val = 0; 7 void *fun1(void *arg) 8 { 9 prctl(PR_SET_NAME, __func__); 10 int a1 = 0; 11 while(1) 12 { 13 a1++; 14 printf("---%d, %d\n", a1, g_val); 15 sleep(1); 16 } 17 } 18 19 void *fun2(void *arg) 20 { 21 prctl(PR_SET_NAME, __func__); 22 int a2 = 0; 23 while(1) 24 { 25 a2++; 26 g_val++; 27 sleep(5); 28 } 29 } 30 31 int main(int argc, char *argv[]) 32 { 33 prctl(PR_SET_NAME, __func__); 34 int m = 0; 35 pthread_t th1; 36 pthread_t th2; 37 pthread_create(&th1, NULL, fun1, NULL); 38 pthread_create(&th2, NULL, fun2, NULL); 39 while(1) 40 { 41 m++; 42 sleep(1); 43 } 44 return 0; 45 } (gdb) b 10 #--->设置断点 Breakpoint 1 at 0x400654: file GdbTest.c, line 10. (gdb) r #--->运行程序 Starting program: /data1/hongmiao/work/Code/MyCode/GDB/./GdbTest [Thread debugging using libthread_db enabled] Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1". [New Thread 0x7ffff77fe700 (LWP 2990)] [Switching to Thread 0x7ffff77fe700 (LWP 2990)] Breakpoint 1, fun1 (arg=0x0) at GdbTest.c:10 10 int a1 = 0; (gdb) watch g_val #--->观察变量，继续运行后，变量变化才会在断点停下 Hardware watchpoint 2: g_val (gdb) c #--->继续运行 Continuing. [New Thread 0x7ffff6ffd700 (LWP 2991)] ---1, 0 [Switching to Thread 0x7ffff6ffd700 (LWP 2991)] Hardware watchpoint 2: g_val Old value = 0 New value = 1 fun2 (arg=0x0) at GdbTest.c:27 # 变量变化，停在g_val修改的位置 27 sleep(5); (gdb) c #--->继续运行 Continuing. ---2, 1 ---3, 1 ---4, 1 ---5, 1 ---6, 1 Hardware watchpoint 2: g_val Old value = 1 New value = 2 fun2 (arg=0x0) at GdbTest.c:27 # 变量变化，停在g_val修改的位置 27 sleep(5); (gdb) - 1
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2、top、mpstat、vmstat
mpstat 可以显示每个处理器的统计，而 vmstat 显示所有处理器的统计，但可以看到内存。
top - 14:41:26 up 4 days, 5:01, 69 users, load average: 0.36, 1.06, 1.70 Tasks: 509 total, 1 running, 498 sleeping, 10 stopped, 0 zombie Cpu(s): 0.7%us, 0.6%sy, 0.0%ni, 98.4%id, 0.1%wa, 0.0%hi, 0.3%si, 0.0%st Mem: 16434584k total, 15672516k used, 762068k free, 682876k buffers Swap: 4192252k total, 686288k used, 3505964k free, 11550948k cached PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND 4327 xxx 20 0 73864 23m 17m S 13 0.1 40:48.02 smbd 1994 xxx 20 0 71064 20m 17m D 3 0.1 13:39.96 smbd 3092 xxx 20 0 69580 19m 17m S 2 0.1 37:37.00 smbd 10 root 20 0 0 0 0 S 0 0.0 12:17.32 ksoftirqd/1 1172 root 20 0 386m 1388 1044 S 0 0.0 1:04.45 samba 12911 xxx 20 0 17600 1664 976 R 0 0.0 0:00.02 top 22338 root 20 0 201m 5796 1388 S 0 0.0 5:19.85 Xorg 1 root 20 0 24552 2128 1112 S 0 0.0 0:01.10 init 2 root 20 0 0 0 0 S 0 0.0 0:00.08 kthreadd 3 root 20 0 0 0 0 S 0 0.0 1:38.59 ksoftirqd/0 tomato-pc:~/work/Code/MyCode/valgrind-pmem-3.19$ mpstat Linux 3.5.0-23-generic (Cpl-AVI-General-74-178) 2022年11月19日 _x86_64_ (12 CPU) 14时38分56秒 CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle 14时38分56秒 all 2.45 0.00 0.77 0.62 0.00 0.14 0.00 0.00 96.01 tomato-pc:~/work/Code/MyCode/valgrind-pmem-3.19$ vmstat procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ----cpu---- r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa 1 0 686288 795908 668428 11530436 0 0 55 208 1 3 2 1 96 1- 1
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3、strace
Linux下，进程不能直接访问硬件设备。当进程需要访问硬件设备时（读取磁盘文件、接收网络数据等），则必须由用户态切换为内核态，然后通过系统调用来访问硬件设备。strace是跟踪进程执行时的系统调用和所接收的信号（即它跟踪到一个进程产生的系统调用，包括参数、返回值、执行消耗的时间）。strace最简单的用法是执行一个指定的命令（过程中，starce会记录和解析命令进程的所有系统调用及这个进程的所有的信号值），在指定命令结束后立即退出。参考[strace的简单用法]。(https://blog.csdn.net/mijichui2153/article/details/85229307)
参数：- -c 统计每一系统调用的所执行的时间,次数和出错的次数等.
- -d 输出strace关于标准错误的调试信息.
- -f 跟踪由fork调用所产生的子进程.
- -ff 如果提供-o filename,则所有进程的跟踪结果输出到相应的filename.pid中,pid是各进程的进程号.
- -F 尝试跟踪vfork调用.在-f时,vfork不被跟踪.
- -h 输出简要的帮助信息.
- -i 输出系统调用的入口指针.
- -q 禁止输出关于脱离的消息.
- -r 打印出相对时间关于,每一个系统调用.
- -t 在输出中的每一行前加上时间信息.
- -tt 在输出中的每一行前加上时间信息,微秒级.
- -ttt 微秒级输出.
- -T 显示每一调用所耗的时间.
- -v 输出所有的系统调用.一些调用关于环境变量,状态,输入输出等调用由于使用频繁,默认不输出.
- -V 输出strace的版本信息.
- -x 以十六进制形式输出非标准字符串
- -xx 所有字符串以十六进制形式输出.
- -a column 设置返回值的输出位置.默认 为40.
- -e expr 指定一个表达式,用来控制如何跟踪.格式：[qualifier=][!]value1[,value2]… qualifier只能是trace,abbrev,verbose,raw,signal,read,write其中之一.value是用来限定的符号或数字.默认的qualifier是 trace.感叹号是否定符号.例如:-eopen等价于 -e trace=open,表示只跟踪open调用.而-etrace!=open 表示跟踪除了open以外的其他调用.有两个特殊的符号 all和none. 注意有些shell使用!来执行历史记录里的命令,所以要使用\.
- -e trace=set 只跟踪指定的系统 调用.例如:-e trace=open,close,rean,write表示只跟踪这四个系统调用.默认的为set=all.
- -e trace=file 只跟踪有关文件操作的系统调用.
- -e trace=process 只跟踪有关进程控制的系统调用.
- -e trace=network 跟踪与网络有关的所有系统调用.
- -e strace=signal 跟踪所有与系统信号有关的系统调用.
- -e trace=ipc 跟踪所有与进程通讯有关的系统调用.
- -e abbrev=set 设定strace输出的系统调用的结果集.-v 等于abbrev=none.默认为abbrev=all.
- -e raw=set 将指定的系统调用的参数以十六进制显示.
- -e signal=set 指定跟踪的系统信号.默认为all.如 signal=!SIGIO(或者signal=!io),表示不跟踪SIGIO信号.
- -e read=set 输出从指定文件中读出 的数据.例如: -e read=3,5 -e write=set 输出写入到指定文件中的数据.
- -o filename 将strace的输出写入文件filename
- -p pid 跟踪指定的进程pid.
- -s strsize 指定输出的字符串的最大长度.默认为32.文件名一直全部输出.
- -u username 以username的UID和GID执行被跟踪的命令
4、coredump
coredump是指当程序出错而异常中断时，OS会把程序工作的当前状态存储成一个coredunmp文件。
通常情况下coredump文件包含了程序运行时的内存，寄存器状态，堆栈指针，内存管理信息等。- ulimit -a 查看core文件生成是否开启
- ulimit -c 0 关闭core文件生成
- ulimit -c 4096 打开core文件生成，大小限制4096blocks，一般1block=512bytes
- ulimit -c unlimited 打开core文件生成且不限制大小
- echo “/data/coredump/core” > /proc/sys/kernel/core_pattern 更改coredump文件的存储位置为/data/coredump/core
- echo “/data/coredump/core.%e.%p.%t” > /proc/sys/kernel/core_pattern 指定内核所生成的coredump文件的文件名，产生的core文件中将带有崩溃的程序名、以及它的进程ID，上面的%e和%p会被替换成程序文件名、进程ID和时间。
- echo 1 > /proc/sys/kernel/core_uses_pid 如果这个文件的内容被配置成1，那么即使core_pattern中没有设置%p，最后生成的core dump文件名仍会加上进程ID。
- gdb ./main ./coredump 使用GDB调试coredump
5、 valgrind
Valgrind是一款用于内存调试、内存泄漏检测以及性能分析、检测线程错误的软件开发工具。主要包括Memcheck、Callgrind、Cachegrind 等工具，每个工具都能完成一项任务调试、检测或分析。可以检测内存泄露、线程违例和Cache 的使用等。在Valgrind下运行的程序运行速度要慢得多，而且使用的内存要多得多。例如，Memcheck工具下的程序是正常情况的两倍多。因此，最好在性能好的机器上使用Valgrind。参考valgrind简介与使用。
例子：tomato-pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ cat valgrindTest.c -n 1 #include2 3 int main() 4 { 5 int x = 10; 6 int y = 0; 7 char a[10] = {0}; 8 a[10]=1;//栈内存越界 9 char *b = malloc(10); 10 b[10]=1;//栈内存越界 11 memset(b, 0, 11);//栈内存越界 12 while(1); 13 return 0; 14 } 15 tomato-pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ valgrind ./valgrindTest ==4743== Memcheck, a memory error detector ==4743== Copyright (C) 2002-2015, and GNU GPL''d, by Julian Seward et al. ==4743== Using Valgrind-3.11.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info ==4743== Command: ./valgrindTest ==4743== ==4743== Invalid write of size 1 ==4743== at 0x400541: main (valgrindTest.c:10) ==4743== Address 0x51f404a is 0 bytes after a block of size 10 alloc''d ==4743== at 0x4C2D027: malloc (vg_replace_malloc.c:299) ==4743== by 0x400534: main (valgrindTest.c:9) ==4743== ==4743== Invalid write of size 1 ==4743== at 0x400555: main (valgrindTest.c:11) ==4743== Address 0x51f404a is 0 bytes after a block of size 10 alloc'd ==4743== at 0x4C2D027: malloc (vg_replace_malloc.c:299) ==4743== by 0x400534: main (valgrindTest.c:9) ==4743== ==4743== ==4743== Process terminating with default action of signal 2 (SIGINT) ==4743== at 0x400559: main (valgrindTest.c:12) ==4743== ==4743== HEAP SUMMARY: ==4743== in use at exit: 10 bytes in 1 blocks ==4743== total heap usage: 1 allocs, 0 frees, 10 bytes allocated ==4743== ==4743== LEAK SUMMARY: ==4743== definitely lost: 0 bytes in 0 blocks ==4743== indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks ==4743== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks ==4743== still reachable: 10 bytes in 1 blocks ==4743== suppressed: 0 bytes in 0 blocks ==4743== Rerun with --leak-check=full to see details of leaked memory ==4743== ==4743== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v ==4743== ERROR SUMMARY: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 0 from 0) - 1
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6、mtrace
mtrace（memory trace），是 GNU Glibc 自带的内存问题检测工具，它可以用来协助定位内存泄露问题。它的实现源码在glibc源码的malloc目录下，其基本设计原理为设计一个函数 void mtrace ()，函数对 libc 库中的 malloc/free 等函数的调用进行追踪，由此来检测内存是否存在泄漏的情况。
在使用之前，需要修改我们的源码，用来跟踪内存分配和释放，其中需要使用两个函数#include/* 开启内存分配跟踪 */ void mtrace(void); /* 取消内存分配跟踪 */ void muntrace(void); - 1
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mtrace() 函数中会为那些和动态内存分配有关的函数（譬如 malloc()、realloc()、memalign() 以及 free()）安装 “钩子（hook）” 函数，这些 hook 函数会为我们记录所有有关内存分配和释放的跟踪信息，而 muntrace() 则会卸载相应的 hook 函数。基于这些 hook 函数生成的调试跟踪信息，我们就可以分析是否存在 “内存泄露” 这类问题了。
例子：tomato-pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ export MALLOC_TRACE=./test.log tomato-pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ cat -n mtraceTest.c 1 #include2 #include 3 4 int main() 5 { 6 mtrace(); 7 setenv("MALLOC_TRACE", "/data1/hongmiao/work/Code/MyCode/GDB/mem.txt", 1);//实际没有生效 8 system("export MALLOC_TRACE=./test.log"); 9 int x = 10; 10 int y = 0; 11 char a[10] = {0}; 12 a[10]=1; 13 char *b = malloc(10); 14 b[10]=1; 15 memset(b, 0, 11); 16 muntrace(); 17 //while(1); 18 return 0; 19 } 20 tomato-pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ gcc -g -o mtraceTest mtraceTest.c mtraceTest.c: 在函数‘main’中: mtraceTest.c:13:12: 警告： 隐式声明与内建函数‘malloc’不兼容 [默认启用] mtraceTest.c:15:2: 警告： 隐式声明与内建函数‘memset’不兼容 [默认启用] tomato-pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ ./mtraceTest tomato-pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ ls addr2lineTest addr2lineTest.c a.out core corefile GdbTest.c mtraceTest mtraceTest.c test.log valgrindTest valgrindTest.c tomato-pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ cat test.log = Start @ /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6:[0x7f0dffe04099] + 0x2477460 0x3a @ /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6:(tsearch+0xbb)[0x7f0dffeb94bb] + 0x24774b0 0x20 @ ./mtraceTest:[0x4006a3] + 0x24774e0 0xa = End tomato-pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ addr2line -e ./mtraceTest 0x4006a3 /data1/hongmiao/work/Code/MyCode/GDB/mtraceTest.c:13 tomato-pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ - 1
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解读：
export MALLOC_TRACE=./test.log设置生成日志文件的路径。
./mtraceTest指的是我们执行的程序名字，[0x4006a3] 是第一次调用 malloc 函数机器码中的地址信息，+ 表示申请内存（ - 表示释放），0x24774e0 是 malloc 函数申请到的地址信息，0xa 表示的是申请的内存大小。由此分析第一次申请已经释放，第二次申请没有释放，存在内存泄漏的问题。7、dump_stack函数
要知道某个函数由谁调用，比较困难。可以通过内核提供的接口dump_stack()来跟踪，回溯打印调用栈信息。当内核发生panic时候，也会主动调用该接口，所以我们可以在调试过程中主动调用该接口来进行测试。
8、dladdr函数
获取某个地址的符号信息概要。
9、SP、LR、PC寄存器
FP：帧指针r11
IP：内部暂用寄存器r12
SP：堆栈指针r13，指向栈当前的位置。
LR：连接寄存器r14，保存函数返回的地址，当异常发生时，异常模式的r14用来保存异常返回地址。
PC：程序计数器r15二、编译阶段调试
1、addr2line根据地址查找代码行
参数：
- -a --addresses：在函数名、文件和行号信息之前，显示地址，以十六进制形式。
- -b --target=：指定目标文件的格式为bfdname。
- -e --exe=：指定需要转换地址的可执行文件名。
- -i --inlines ： 如果需要转换的地址是一个内联函数，则输出的信息包括其最近范围内的一个非内联函数的信息。
- -j --section=：给出的地址代表指定section的偏移，而非绝对地址。
- -p --pretty-print：使得该函数的输出信息更加人性化：每一个地址的信息占一行。
- -s --basenames：仅仅显示每个文件名的基址（即不显示文件的具体路径，只显示文件名）。
- -f --functions：在显示文件名、行号输出信息的同时显示函数名信息。
- -C --demangle[=style]：将低级别的符号名解码为用户级别的名字。
- -h --help：输出帮助信息。
- -v --version：输出版本号。
如果没有coredump，可以通过
dmesg查看出错时的内核日志，然后通过addr2line将地址转换成出错程序的位置，如：addr2line -e addr2lineTest 000000000040052d
例子：tomato@pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ cat -n addr2lineTest.c 1 #include2 3 int func(int a, int b) 4 { 5 return a / b; 6 } 7 8 int main() 9 { 10 int x = 10; 11 int y = 0; 12 char *p = NULL; 13 memset(p, 0, 4); //空指针错误 14 printf("%d / %d = %d\n", x, y, func(x, y));//除0错误 15 return 0; 16 } 17 tomato@pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ gcc -g -o addr2lineTest addr2lineTest.c addr2lineTest.c: 在函数‘main’中: addr2lineTest.c:13:4: 警告： 隐式声明与内建函数‘memset’不兼容 [默认启用] tomato@pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ ./addr2lineTest 段错误 (核心已转储) tomato@pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ dmesg | tail -1 [125201.960808] addr2lineTest[2739]: segfault at 0 ip 000000000040052d sp 00007fff0b5d9370 error 6 in addr2lineTest[400000+1000] tomato@pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ tomato@pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ addr2line -e addr2lineTest 000000000040052d /data1/hongmiao/work/Code/MyCode/GDB/addr2lineTest.c:13 tomato@pc:~/work/Code/MyCode/GDB$ - 1
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2、其他
1）nm：linux下自带的特定文件分析工具，一般用来检查分析二进制文件、库文件、可执行文件中的符号表，返回二进制文件中各段的信息。
2）readelf：一般用于查看ELF格式的文件信息，常见的文件如在Linux上的可执行文件，动态库(.so)或者静态库(.a) 等包含ELF格式的文件。
3）objdump：用来查看编译后目标文件的组成 -
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