Linux篇gdb实战指南——调试奔溃内核

本篇紧张是从三点方面，介绍gdb工具，分别是Gdb基本概念、常用命令以及实战调试。
若文章存在偏差之处，望佬们指出
  Ⅰ 基本概念

gdb是什么？
  一款Linux下的步伐调试工具，可调试C、C++、go、java等多种编程语言，可追踪步伐运行过程，进行针对性的步伐优化和bug修复。
什么情况用？

• 常用于C/C++，用于找出步伐运行中的奔溃原因和步伐逻辑问题
  
• 内核奔溃，导致服务器重启
  
• 段错误
  
• 步伐优化
  

有没有雷同的调试工具
  有，crash+dump+vmlinux，这一个紧张用于服务器会出现重启情况，无法用gdb捕获错误的情况，将内核奔溃的一刹时，将日记转储起来，方便后续的调试。
什么是段错误？
  段错误是一种内存访问违规的保护机制，发生在步伐试图访问不允许访问的内存地区时，体系会发送一个sigsegv信号。
什么情况下，会出现段错误
  记住一点：访问了不应访问的东西，就会触发段错误，比如空内存、未授权内存等

• 引用空指针变量
  
• 访问了已释放的内存
  
• 访问数组越界
  
• 访问只读内存
  
• 栈溢出
  

安装，用于

1. apt install gdb -y   //ubuntu/debian
2. yum install gdb -y   // centos

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Ⅱ 常用指令

直接进一个小demo，进行测试。

1. #include <stdio.h>
3. int AddToTop(int top)
4. {
5.     printf("Enter AddToTop\n");
7.     int count = 0;
8.     for(int i = 1;i <= top; ++i)
9.     {
10.        count += i;
11.     }
13.     printf("Quit AddToTop\n");                                                                        
14.     return count;
15. }
17. int main(void)
18. {
19.     int top = 10;
20.     int ret = AddToTop(top);
22.     printf("ret = %d\n", ret);
23.     return 0;
24. }

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Makefile文件

1. 01_gdb_debug:01_gdb.c
2.     gcc -o 01_gdb_debug 01_gdb.c -std=c99 -g                                                           
3. .PHONY:clean
4. clean:
5.     rm -rf 01_gdb_debug

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利用过程

1. make //编译
2. gdb 01_gdb_debug  //进入调试界面

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常用指令

1. l 1  //从第一行获取代码信息
2. b 5 // 断点标记
3. info b //查看断点信息
4. d 2 //删除断点编号，需要提前使用info b，获取断点的编号
5. r //运行
6. n //逐步调试断点输出信息
7. print i // i为需要输出的变量名
8. display i // 追踪变量i每次输出的结果，需要配合n使用

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三、实战环节—模仿C步伐空指针异常情况，通过gdb，找到空指针报错位置

限制条件：代码正在执行中，突然就中断了，出现"Segmentation fault",需要定位到具体代码位置
【已知】一个运行的c模块 + 一个报错信息"Segmentation fault",
【不知情】不知道什么时间中断，也不知道怎么触发的
【目的】找到具体代码报错位置
直接编写一份会触发空指针的c代码

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
4. // 学生结构体
5. typedef struct Student {
6.     char* name;
7.     int age;
8. } Student;
10. // 初始化学生信息
11. Student* initStudent(const char* name, int age) {
12.     if (age < 0) {
13.         // 当年龄小于0时，返回空指针
14.         return NULL;
15.     }
16.    
17.     Student* stu = (Student*)malloc(sizeof(Student));
18.     stu->name = (char*)malloc(strlen(name) + 1);
19.     strcpy(stu->name, name);
20.     stu->age = age;
21.     return stu;
22. }
24. // 打印学生信息
25. void printStudent(Student* stu) {
26.     // 这里会出现空指针解引用
27.     printf("Student Name: %s, Age: %d\n", stu->name, stu->age);
28. }
30. // 释放学生内存
31. void freeStudent(Student* stu) {
32.     if (stu) {
33.         if (stu->name) {
34.             free(stu->name);
35.         }
36.         free(stu);
37.     }
38. }
40. int main() {
41.     // 创建一个空指针（传入负数年龄）
42.     Student* stu1 = initStudent("Alice", -1);
43.    
44.     // 这里会触发空指针异常
45.     printStudent(stu1);
46.    
47.     // 释放内存
48.     freeStudent(stu1);
49.    
50.     return 0;
51. }

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Makefile

1. null_pointer_test: null_pointer.c
2.     gcc -o null_pointer_test null_pointer.c -g -Wall
4. .PHONY: clean
5. clean:
6.     rm -f null_pointer_test

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编译下

1. make
2. ./null_pointer_test  //执行下

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出现报错

开始定位

1. gdb ./null_pointer_test   //启动
2. r  //run 运行程序并等待段错误发生

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  在这里，已经显示出报错位置，实战环节中一样寻常是不能第一时间看出来的，现在演示排查流程
开始调试

1. bt //查看报错调用栈
2. list // 输出对应代码位置
3. print stu //输出可能空指针的变量参数

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运行错误解析

1. //接受到一个段错误
2. Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
4. //发现程序出现空指针访问
5. 0x0000555555555253 in printStudent (stu=0x0) at null_pointer.c:32
6. 发生位置：printStudent 的stu=0x0，且再null_pointer.c的第32行
7. 原因：stu是一个空指针

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更详细的栈帧信息

1. info frame

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1. //最顶层栈帧，当前执行函数，地址为0x7fffffffe2d0
2. Stack level 0, frame at 0x7fffffffe2d0:
3. // rip指向当前执行指令，位于printStudent 的32行
4. rip = 0x555555555253 in printStudent (null_pointer.c:32);
5.     saved rip = 0x5555555552e8
6. //函数执行完后应该返回到这个地址继续执行
7. called by frame at 0x7fffffffe2f0
8. //c语言
9. source language c.
10. // 0x7fffffffe2c0地址出现参数stu NULL指针
11. Arglist at 0x7fffffffe2c0, args: stu=0x0
13. Locals at 0x7fffffffe2c0, Previous frame's sp is 0x7fffffffe2d0
14. // 保存的寄存器信息，rbp (基址指针)保存在0x7fffffffe2c0
15. Saved registers:
16.   rbp at 0x7fffffffe2c0, rip at 0x7fffffffe2c8

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