堆棧-debugging神器gdb

一、gdb是什麼

GDB 是 GNU Project Debugger 的縮寫，是一款強大的命令行調試工具，支持多種編程語言，如C、C++、Objective-C、Pascal等等，常用於軟體開發和調試。它可以讓程序在運行時停下來，檢查程序的狀態，以及變數的值，控制程序的運行和內存的使用。

二、堆棧的作用與調試

堆是一個保存在電腦內存（RAM）中的一塊區域，程序運行時，需要時刻對堆中的內存進行分配和釋放，如果分配和釋放的不當，會導致內存出現一系列問題，如野指針、內存泄露等。堆棧是一種用於解決內存問題的機制。在函數調用時，每個函數都有一個堆棧幀（Stack Frame）用於保存程序狀態，參數和變數。當函數調用結束時，堆棧幀就會被銷毀，返回到調用該函數的幀中繼續執行。在進行程序調試時，堆棧的信息對於找到問題具有很大的幫助。

三、使用gdb查看堆棧

1.設置堆棧跟蹤

使用 gdb 調試程序時，可以設置堆棧跟蹤，以便更好的查看和分析在程序中發生的錯誤。 在 gdb 命令行中使用 command 命令，加上 bt 參數，就可以打開堆棧跟蹤功能。更多的堆棧選項可以使用 help backtrace 命令來查看。例如：

(gdb) command 1
>bt
>end

2.查看堆棧信息

調試程序時，常常需要查看堆棧信息以幫助判斷問題。在 gdb 命令行中，使用 bt （backtrace）命令可以列印出當前進程的堆棧信息。指定參數 n 表示列印最近的 n 次調用，不指定參數則表示列印所有調用。例如：

(gdb) bt 5
#0 0x00000000004011d6 in main () at test.c:5
#1 0x00000000004011c0 in __libc_start_main () from /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
#2 0x00000000004010c9 in _start ()
#3 0x0000000000000000 in ?? ()

3.查看局部變數

在 gdb 命令行中，還可以查看當前所在堆棧幀中的局部變數信息。使用命令 frame n (n 為框架的編號) 可以切換到指定堆棧幀中。使用 info locals 命令可以查看當前堆棧幀中的局部變數信息。例如：

(gdb) frame 1
#1  0x08048408 in func2 () at test.c:10
10            int n = 0;
(gdb) info locals
n = 0

4.設置斷點和跟蹤變數

除了上述堆棧命令，gdb 還提供了設置斷點和跟蹤變數的功能。使用 command 命令，以及 breakpoint 和 watchpoint 命令可以通過條件語句來定義在滿足條件時停止程序執行，同時記錄一些關鍵變數的值。例如：

(gdb) break func1 if n > 10
(gdb) watch n
(gdb) backtrace
#0 func1 (n=11) at test.c:5
#1 0x08048436 in main () at test.c:17

5.使用gdb調試堆溢出問題

堆棧問題經常是程序運行時出現的問題。在堆棧溢出的情況下，我們可以使用 gdb 通過查看堆棧信息，找出問題所在，並調試解決問題。例如：

int main () {
    char *p = malloc(8);
    strcpy(p, "123456");
    printf("%s", p);
    return 0;
}

在程序運行時，當 strcpy 拷貝超過 8 位元組時，將會導致堆棧溢出問題。使用 gdb 進行調試，一步一步跟蹤並查看堆棧信息，可以找到這個問題的根源。例如：

(gdb) run
Starting program: /root/test 
[New Thread 2247]
[New Thread 2248]
123456Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
__strcpy_sse2_unaligned () at ../sysdeps/x86_64/multiarch/strcpy-sse2-unaligned.S:294
294     ../sysdeps/x86_64/multiarch/strcpy-sse2-unaligned.S: No such file or directory.
(gdb) bt
#0  __strcpy_sse2_unaligned () at ../sysdeps/x86_64/multiarch/strcpy-sse2-unaligned.S:294
#1  0x000000000040117b in main () at test.c:7

6、使用Core Dump 進行Debug

GDB 還支持使用 Core Dump 進行調試，Core Dump 是指在程序運行崩潰時會產生一份程序內存快照，並將其寫到磁碟上。當需要對程序進行調試時，可以將 Core Dump 文件載入到 GDB 中來分析。
為了啟用 Core Dump，需要先執行以下命令：

• ulimit -c unlimited：該命令設置可以生成無限量的 Core Dump 文件
• echo “/var/core.%p.%u.%h.%t” > /proc/sys/kernel/core_pattern
• sysctl -w kernel.core_uses_pid=1，以 PID 來區分 Dump 文件

Core Dump 文件生成後，使用以下命令載入並分析 Core Dump 文件：

gdb  

四、小結

使用 gdb 查看堆棧可以有效的檢測到堆棧溢出問題，同時也對程序中的其他問題解決具有幫助，gdb 是一個強大的調試工具，掌握其使用方法能夠大大提高程序員的調試效率。