Linux程序调试方法汇总

Linux下程序的调试方法汇总

在linux中讨论调试工具主要是为那些入门者提供一些帮助。调试工具能让我们能够监测、控制和纠正正在运行的程序。我们在运行一些程序的时候，可能被卡住或出现错误，或者运行过程或结果，没能如我们预期，此时，最迫切需要明白究竟发生了什么。为了修复程序，剖析和了解程序运行的细节， 调试工具就成为了我们的必备工具，工于善其事，必先利其器。在Linux下的用户空间调试工具主要有系统工具和专门调试工具：'print' 打印语句，这是新手最常用的，也是最不提倡使用的；查询 (/proc, /sys 等)系统的虚拟文件查看，这个方法有局限性；跟踪 (strace/ltrace)工具使用这个比较普遍，值得提倡；Valgrind (memwatch)内存排除工具，在内存排除方面比较独到，是内存排错的法宝；GDB大名鼎鼎的程序调试工具，这个是个全能的工具，没有完不成的，只有你不知道的。

*用户空间：MEMWATCH和YAMD
strace和ltrace
GNU调试器(gdb)

• 内核工具：
  内核源代码级调试器(kgdb)
  内建内核调试器(kdb)
  Oops

本文的重点是通过人工查找不易被发现的代码，此类的问题只在很少情况下出现。内存错误通常在多种情况同时存在时出现，而且您有时只能在部署程序之后才能发现内存错误。内存泄漏（即 malloc() 内存在对应的 free() 调用执行后永不被释放）和缓冲区溢出（例如对以前分配到某数组的内存进行写操作）是一些常见的问题，它们可能很难检测到。

1. 'print' 语句
   这是一个基本的调试问题的方法。 我们在程序中怀疑的地方插入print语句来了解程序的运行流程控制流和变量值的改变。 这是一个最简单的技术， 它的缺点。 需要进行程序编辑，添加'print'语句，必须重新编译，重新运行来获得输出。若需要调试的程序比较大，这将是一个耗时费力的方法。

2. 查询
   在某些情况下，我们需要弄清楚在一个运行在内核中的进程的状态和内存映射。为了获得这些信息，我们不需要在内核中插入任何代码。 相反，可以用 /proc 文件系统。在/proc的伪文件系统，保留系统启动运行就收集的运行时信息 (cpu信息, 内存容量等)。
   ls -l /proc'的输出结果，通过对系统中运行的每一个进程在/proc文件系统中有一个以进程id命名的项。每个进程的细节信息可以在进程id对应的目录下的文件中获得。也可以'ls /proc/pid'的输出
   一些有用的列举如下：

• /proc/cmdline -> 内核命令行
• /proc/cpuinfo -> 关于处理器的品牌，型号信息等
• /proc/filesystems -> 文件系统的内核支持的信息
• /proc/<pid>/cmdline -> 命令行参数传递到当前进程
• /proc/<pid>/mem -> 当前进程持有的内存
• /proc/<pid>/status -> 当前进程的状态

3. 跟踪
   strace的和ltrace是两个在Linux中用来追踪程序的执行细节的跟踪工具。

strace:strace拦截和记录系统调用及其接收的信号。对于用户，它显示了系统调用、传递给它们的参数和返回值。strace的可以附着到已在运行的进程或一个新的进程。它作为一个针对开发者和系统管理员的诊断、调试工具是很有用的。它也可以用来当做一个通过跟踪不同的程序调用来了解系统的工具。这个工具的好处是不需要源代码，程序也不需要重新编译。
使用strace的基本语法是：
strace 命令
strace有各种各样的参数。可以检查看strace的手册页来获得更多的细节。
strace的输出非常长，我们通常不会对显示的每一行都感兴趣。我们可以用'-e expr'选项来过滤不想要的数据。
用 '-p pid' 选项来绑到运行中的进程.
用'-o'选项，命令的输出可以被重定向到文件。

ltrace:ltrace跟踪和记录一个进程的动态（运行时）库的调用及其收到的信号。它也可以跟踪一个进程所作的系统调用。它的用法是类似与strace。
ltrace command
'-i' 选项在调用库时打印指令指针。
'-S' 选项被用来现实系统调用和库调用
所有可用的选项请参阅ltrace手册。

4. Valgrind
   Valgrind是一套调试和分析工具。它的一个被广泛使用的默认工具——'Memcheck'——可以拦截malloc()，new()，free()和delete()调用。换句话说，它在检测下面这些问题非常有用：

• 内存泄露
• 重释放
• 访问越界
• 使用未初始化的内存
• 使用已经被释放的内存等。
  它直接通过可执行文件运行。
  Valgrind也有一些缺点，因为它增加了内存占用，会减慢你的程序。它有时会造成误报和漏报。它不能检测出静态分配的数组的访问越界问题。

5. GDB

• 给程序传参数:使用'set args'给你的程序传参数，当程序下次运行时将获得该参数。'show args'将显示传递给程序的参数。

• 检查堆栈:每当程序停止，任何人想明白的第一件事就是它为什么停止，以及怎么停在那里的。该信息被称为反向跟踪。由程序产生每个函数调用和局部变量，传递的参数，调用位置等信息一起存储在堆栈内的数据块种，被称为一帧。我们可以使用GDB来检查所有这些数据。 GDB从最底层的帧开始给这些帧编号。
  bt: 打印整个堆栈的回溯
  bt 打印n个帧的回溯
  frame : 切换到指定的帧，并打印该帧
  up : 上移'n'个帧
  down : 下移'n'个帧 ( n默认是1)

• 检查数据:程序的数据可以在里面GDB使用'print'命令进行检查。例如，如果'x'是调试程序内的变量，'print x'会打印x的值。

• 检查源码:源码可以在GDB中打印。默认情况下，'list'命令会打印10行代码。
  list : 列出'linenum'行周围的源码
  list : 从'function'开始列出源码
  disas : 显示该函数机器代码

• 停止和恢复程序:使用GDB，我们可以在必要的地方设置断点，观察点等来停止程序。
  break : 在'location'设置一个断点。当在程序执行到这里时断点将被击中，控制权被交给用户。
  watch : 当'expr'被程序写入而且它的值发生变化时GDB将停止
  catch : 当'event'发生时GDB停止
  disable : 禁用指定断点
  enable : 启用指定断点
  delete : 删除 断点/观察点/捕获点。 如果没有传递参数默认操作是在所有的断点
  step: 一步一步执行程序
  continue: 继续执行程序，直到执行完毕

总结

在这篇文章中，我们已经看到不同类型的Linux用户空间的调试工具。总结以上所有内容，如下是什么时候使用该什么的快速指南：

• 基本调试，获得关键变量 - print 语句
• 获取有关文件系统支持，可用内存，CPU，运行程序的内核状态等信息 - 查询 /proc 文件系统
• 最初的问题诊断，系统调用或库调用的相关问题，了解程序流程 – strace / ltrace
• 应用程序内存空间的问题 – valgrind
• 检查应用程序运行时的行为，分析应用程序崩溃 – gdb