linux下c/c++程式調試拾遺

以下為整理c++程式調試過程中經常用到的工具鍊

1. 調試利器GDB

linux下c++程式的調試，繞不過去的第一個就是gdb無疑了；

1.1 啟動gdb

gdb <pragram>
gdb <pragram> <core>
gdb <pragram> <pid>
gdb -pid/-p <pid>
           

注意：程式編譯時添加-g選項（有時候gdb調試core檔案，bt不出來函數調用堆棧時，百思不得其解之際，請檢查-g選項）

1.2 常用gdb調試互動指令

流程控制

• run： 可簡寫為r 運作
• next： 可簡寫為n 單步下一步
• continue： 可簡寫為c 繼續
• step： 可簡寫為s 單步下一步（若有函數調用進入函數内部）
• until： 循環體内部單步時，執行至退出循環，後也可跟行号（執行到指定行）
• finish：執行直至函數傳回
• call：後接可見函數，進行函數調用
• quit：退出
• layout src: 顯示源碼視窗，可以邊看代碼邊調試

斷點控制

• break 函數名 : 在指定函數處設定斷點，若為成員函數，指定類名如 b user::add
• break 行數： 在指定檔案代碼行數設定斷點如 b user.cpp:111
• break * if cond: 條件斷點如 b user.cpp:111 if enable = 1
• delete n:删除斷點n（斷掉号）
• disable n:暫停斷點n
• enable n:重新啟用斷點n
• info breakpoints:檢視所有斷點設定情況（info b）
• delete breakpoints 删除所有斷點

檢視運作資訊

• list:可簡寫為l 後接代碼行數n或函數名，檢視指定行數或函數處代碼，若後不接參數，接前面的list顯示
• print:可簡寫為p，列印指定變量、表達式、函數調用傳回值的值
• display :後接表達式，一旦設定，将會在每一步單步後自動列印表達式的值，使用undisplay n(配合info display使用)去掉列印
• watch：後接表達式，設定監察點，一旦表達式的值發生了改變，強行終止調試程式
• where/bt：檢視目前函數調用堆棧
• frame:後接函數調用幀ID，切換函數調用堆棧（後使用info frame檢視目前幀詳細資訊）
• info locals: 查詢目前函數堆棧幀所有變量
• up/down:改變函數堆棧深度

多線程調試

• info thread:用于顯示所有線程資訊
• thread apply ID1 ID2 command: 讓一個或者多個線程執行GDB指令command(如thread apply [ID] where 指令來檢視每個線程到底運作到了什麼地方)
• thread apply all command 讓所有被調試線程執行GDB指令command.(如 thread apply all bt檢視所有線程堆棧)
• thread [ID]:切換目前調試的線程
• break file.cpp:111 thread all:在file.cpp檔案111行設定斷點，對所有線程有效
• set scheduler off/on/step：off為預設值，所有線程均執行，on調試時隻有目前線程執行，step為單步的時候，隻有目前線程執行（除next:next經過一個函數，底層實作實際上是一個設定斷點然後continue的過程）

其它

• 諸如gdb當中設定變量及commond使用，可參照下面的參考資料

2.strace 跟蹤程序中的系統調用

strace常用來跟蹤程序執行時的系統調用和所接收的信号。 在Linux世界，程序不能直接通路硬體裝置，當程序需要通路硬體裝置(比如讀取磁盤檔案，接收網絡資料等等)時，必須由使用者态模式切換至核心态模式，通過系統調用通路硬體裝置。strace可以跟蹤到一個程序産生的系統調用,包括參數，傳回值，執行消耗的時間。

2.1. 輸出參數含義

每一行都是一條系統調用，等号左邊是系統調用的函數名及其參數，右邊是該調用的傳回值。 strace 顯示這些調用的參數并傳回符号形式的值。strace 從核心接收資訊，而且不需要以任何特殊的方式來建構核心。

$strace cat /dev/null
execve("/bin/cat", ["cat", "/dev/null"], [/* 22 vars */]) = 
brk()                                  = 
access("/etc/ld.so.nohwcap", F_OK)      = - ENOENT (No such file or directory)
mmap(NULL, , PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -, ) = 
access("/etc/ld.so.preload", R_OK)      = - ENOENT (No such file or directory)
           

2.2. 參數

-c 統計每一系統調用的所執行的時間,次數和出錯的次數等.

-d 輸出strace關于标準錯誤的調試資訊.

-f 跟蹤由fork調用所産生的子程序.

-ff 如果提供-o filename,則所有程序的跟蹤結果輸出到相應的filename.pid中,pid是各程序的程序号.

-F 嘗試跟蹤vfork調用.在-f時,vfork不被跟蹤.

-h 輸出簡要的幫助資訊.

-i 輸出系統調用的入口指針.

-q 禁止輸出關于脫離的消息.

-r 列印出相對時間關于,,每一個系統調用.

-t 在輸出中的每一行前加上時間資訊.

-tt 在輸出中的每一行前加上時間資訊,微秒級.

-ttt 微秒級輸出,以秒了表示時間.

-T 顯示每一調用所耗的時間.

-v 輸出所有的系統調用.一些調用關于環境變量,狀态,輸入輸出等調用由于使用頻繁,預設不輸出.

-V 輸出strace的版本資訊.

-x 以十六進制形式輸出非标準字元串

-xx 所有字元串以十六進制形式輸出.

-a column

設定傳回值的輸出位置.預設 為40.

-e expr

指定一個表達式,用來控制如何跟蹤.格式如下:

[qualifier=][!]value1[,value2]…

qualifier隻能是 trace,abbrev,verbose,raw,signal,read,write其中之一.value是用來限定的符号或數字.預設的 qualifier是 trace.感歎号是否定符号.例如:

-eopen等價于 -e trace=open,表示隻跟蹤open調用.而-etrace!=open表示跟蹤除了open以外的其他調用.有兩個特殊的符号 all 和 none.

注意有些shell使用!來執行曆史記錄裡的指令,是以要使用\.

-e trace=set

隻跟蹤指定的系統 調用.例如:-e trace=open,close,rean,write表示隻跟蹤這四個系統調用.預設的為set=all.

-e trace=file

隻跟蹤有關檔案操作的系統調用.

-e trace=process

隻跟蹤有關程序控制的系統調用.

-e trace=network

跟蹤與網絡有關的所有系統調用.

-e strace=signal

跟蹤所有與系統信号有關的 系統調用

-e trace=ipc

跟蹤所有與程序通訊有關的系統調用

-e abbrev=set

設定 strace輸出的系統調用的結果集.-v 等與 abbrev=none.預設為abbrev=all.

-e raw=set

将指 定的系統調用的參數以十六進制顯示.

-e signal=set

指定跟蹤的系統信号.預設為all.如 signal=!SIGIO(或者signal=!io),表示不跟蹤SIGIO信号.

-e read=set

輸出從指定檔案中讀出 的資料.例如:

-e read=3,5

-e write=set

輸出寫入到指定檔案中的資料.

-o filename

将strace的輸出寫入檔案filename

-p pid

跟蹤指定的程序pid.

-s strsize

指定輸出的字元串的最大長度.預設為32.檔案名一直全部輸出.

-u username

以username 的UID和GID執行被跟蹤的指令

2.3. 指令執行個體

跟蹤可執行程式

strace -f -F -o ~/straceout.txt myserver

-f -F選項告訴strace同時跟蹤fork和vfork出來的程序，-o選項把所有strace輸出寫到~/straceout.txt裡 面，myserver是要啟動和調試的程式。

跟蹤服務程式

strace -o output.txt -T -tt -e trace=all -p 28979

跟蹤28979程序的所有系統調用（-e trace=all），并統計系統調用的花費時間，以及開始時間（并以可視化的時分秒格式顯示），最後将記錄結果存在output.txt檔案裡面。

跟蹤網絡調用

strace -T -tt -e trace=network [lannch_command]

3. pstack 跟蹤程序棧

此指令可顯示每個程序的棧跟蹤。pstack 指令必須由相應程序的屬主或 root 運作。可以使用 pstack 來确定程序挂起的位置。此指令允許使用的唯一選項是要檢查的程序的 PID。請參見 proc(1) 手冊頁。

這個指令在排查程序問題時非常有用，比如我們發現一個服務一直處于work狀态（如假死狀态，好似死循環），使用這個指令就能輕松定位問題所在；可以在一段時間内，多執行幾次pstack，若發現代碼棧總是停在同一個位置，那個位置就需要重點關注，很可能就是出問題的地方；

示例：檢視bash程式程序棧:

/opt/app/tdev1$ps -fe| grep bash
tdev1        : pts/    :: -bash
tdev1      : pts/    :: -bash
tdev1      : pts/    :: grep bash
/opt/app/tdev1$pstack 
#0   in __read_nocancel () from /lib64/libc.so
#1   in rl_getc ()
#2   in rl_read_key ()
#3   in readline_internal_char ()
#4   in readline ()
#5   in ?? ()
#6   in ?? ()
#7   in ?? ()
#8   in yyparse ()
#9   in parse_command ()
#10  in read_command ()
#11  in reader_loop ()
#12  in main ()
           

參考資料：

linux工具快速教程

gdb中應該知道的幾個調試方法