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社区首页 >专栏 >【GDB自定义指令】core analyzer结合gdb的调试及自定义gdb指令详情

【GDB自定义指令】core analyzer结合gdb的调试及自定义gdb指令详情

作者头像
SarPro
发布于 2024-04-23 08:28:38
发布于 2024-04-23 08:28:38
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文章被收录于专栏：【计网】Cisco【计网】Cisco
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🌊前言

本文目的：这段时间在使用gdb调试，我在思考能不能通过自定义一些gdb指令进行调试？本文即在此基础上完成了自定义gdb指令【借鉴core analyzer工具实现】。 准备内容：

说明：为了方便对比和分析，我创建了两个core analyzer的环境，分别是

  1. core_analyzer
  2. core_analyzer_Test

其中core_analyzer 是初始环境【保持不动】，core_analyzer_Test 是测试环境【用作自定义gdb指令的环境】。

🌞1. 程序分析

程序修改的主要位置： /root/host/core_analyzer_Test/core_analyzer/gdbplus/gdb-12.1/gdb/

可以看见heapcmd.c文件，其中包含一些特定GDB的函数和命令【GDB扩展】，该文件定义的功能是原来gdb12.1所没有的，引入了一些新的命令和功能，用于堆内存分析、对象搜索、内存段显示等。

heapcmd.c文件分析：

  1. 命令函数：
    • 文件定义了多个函数，对应于调试器可以执行的命令。这些命令包括与堆内存检查、对象搜索、内存段显示等相关的操作。
    • 每个函数通常接受一个字符串参数args和一个整数参数from_tty，这表示命令的来源是否是终端。
  2. 命令实现：
    • heap_command、ref_command、pattern_command、segment_command等函数实现了特定的调试器命令。
    • 例如，heap_command似乎处理与堆内存相关的各种操作，如堆遍历、内存使用统计、泄漏检查等。
    • 同样，ref_command用于搜索给定对象的引用，pattern_command用于显示内存模式，segment_command用于显示内存段。
  3. 命令参数解析：
    • 这些命令接收的参数似乎在函数内部进行解析。例如，使用ca_parse_options函数将args字符串解析为标记。
    • 然后使用这些标记来确定要执行的特定操作或提取必要的信息，如内存地址或选项。
  4. 初始化函数：
    • 存在一个初始化函数_initialize_heapcmd，它将这些命令注册到调试器中。
    • 这个函数使用add_cmd函数将命令添加到调试器的命令列表中。
  5. 辅助函数：
    • 文件中有多个辅助函数，如内存分配包装器unique_xmalloc_ptr，解析函数parse_and_eval_address和打印函数CA_PRINT。
  6. 帮助消息：
    • 存在一个帮助消息ca_help_msg，提供了可用命令的摘要以及它们的使用说明。
    • 当用户使用ca_help命令请求帮助时，将显示此消息。
  7. 其他：
    • 其他函数如display_help_command、switch_heap_command、info_local_command等提供了调试器环境中的其他功能或设置。

🌞2. 案例说明

🌍2.1 修改内容

测试目的：使用自定义指令打印出二叉树的所有节点【固定写死的内容】。

根据上述的分析，这里我打算编写三个文件：

  • addstructcmd.c -----编写cmd内容
  • addstruct.h -----编写结构体定义+扩展接口
  • add_Struct.c -----编写具体的接口实现

详细步骤如下：

在/root/host/core_analyzer_Test/core_analyzer/gdbplus/gdb-12.1/gdb/目录下创建3个文件+内容：

代码语言：javascript
代码运行次数：0
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vim addstructcmd.c
代码语言：javascript
代码运行次数：0
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/*
 * addstructcmd.c
 *
 *  Created on: Feb 17, 2024
 *      Author: sym
 */
#include "ref.h"
#include "addstruct.h"

/***************************************************************************
* gdb commands
***************************************************************************/
static void
addstructmem_command (const char *args, int from_tty)
{
	CA_PRINT("addstructmem_command\n");
}

// 打印二叉树的所有节点
static void
addstruct_tree_command (const char *args, int from_tty)
{
    TreeNode* root = buildTree();
    print_Tree(root);
    CA_PRINT("\n");
}

static char addstruct_help_msg[] = "Commands of addstruct v1.0\n"
	"addstructmem    -- print memory pool info.\n"
    "addstruct_tree  -- print binary tree node values.\n" // 添加新命令的帮助信息
	"type 'help <command>' to get more detail and usage info\n";

static void
display_addstruct_help_command (const char *args, int from_tty)
{
    CA_PRINT("%s", addstruct_help_msg);
}

void _initialize_addstructcmd ();

void
_initialize_addstructcmd ()
{
	add_cmd("addstructmem", class_info, addstructmem_command, _("Search for references to a given object"), &cmdlist);
    // 打印二叉树
    add_cmd("addstruct_tree", class_info, addstruct_tree_command, _("Display binary tree node values"), &cmdlist);
	// help list
	add_cmd("addstruct_help", class_info, display_addstruct_help_command, _("Display core analyzer help"), &cmdlist);
}
代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
vim addstruct.h
代码语言：javascript
代码运行次数：0
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/*
 * addstruct.h
 *
 *  Created on: Feb 17, 2024
 *      Author: sym
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#ifndef TREENODE_H
#define TREENODE_H
/*
 * Data structures for reference
 */
typedef struct TreeNode {
    int data;
    struct TreeNode *left;
    struct TreeNode *right;
} TreeNode;

/
// Import functions (required from  etc.)
/
// 创建一个新的树节点
extern TreeNode* createNode(int data);
// 建立树节点数据：构建四层树
extern TreeNode* buildTree();
// 递归遍历树并打印节点数据
extern void print_Tree(TreeNode* root);

#endif /* TREENODE_H */
代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
vim add_Struct.c
代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
/*
 * add_Struct.c
 *
 *  Created on: Feb 17, 2024
 *      Author: sym
 */
#include "addstruct.h"

// 创建一个新的树节点
TreeNode* 
createNode(int data) {
    TreeNode* newNode = (TreeNode*)malloc(sizeof(TreeNode));
    if (newNode == NULL) {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed.\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    newNode->data = data;
    newNode->left = NULL;
    newNode->right = NULL;
    return newNode;
}

// 建立树节点数据：构建四层树
TreeNode* 
buildTree() {
    TreeNode* root = createNode(1);
    root->left = createNode(2);
    root->right = createNode(3);
    root->left->left = createNode(4);
    root->left->right = createNode(5);
    root->right->left = createNode(6);
    root->right->right = createNode(7);
    root->left->left->left = createNode(8);
    root->left->left->right = createNode(9);
    return root;
}

// 递归遍历树并打印节点数据
void 
print_Tree(TreeNode* root) {
    if (root != NULL) {
        printf("%d ", root->data);
        print_Tree(root->left);
        print_Tree(root->right);
    }
}

给上述三个文件加入rwx权限：

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
chmod 777 addstructcmd.c 
chmod 777 addstruct.h 
chmod 777 add_Struct.c

然后打开Makefile.in文件，在1102行加入

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
    addstructcmd.c \
    add_Struct.c \

🌍2.2 测试自定义指令

回到/root/host/core_analyzer_Test/core_analyzer目录，终端输入

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
./build_gdb.sh

编译完成后在当前路径下进行终端输入

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
./build/gdb-12.1/build/gdb/gdb

测试gdb的自定义指令

addstructmem addstruct_help addstruct_tree

显示如上图则表明添加自定义gdb指令初步成功！

🌞3. 实战内容

前面案例实现了几个简单的自定义gdb指令，但缺陷在于都是基于写死的内容打印输出，实际情况使用gdb是为了去调试自己的程序是否存在问题，所以需要加上用户调试的参数以完善自定义gdb指令，使其更加灵活。

🌳3.1 修改内容

根据上述的案例，这里我打算编写文件：

  • addstructcmd.c -----编写cmd内容

详细步骤如下：

在/root/host/core_analyzer_Test/core_analyzer/gdbplus/gdb-12.1/gdb/目录下创建addstructcmd.c 文件+内容：

代码语言：javascript
代码运行次数：0
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vi addstructcmd.c
代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
/*
 * addstructcmd.c
 *
 *  Created on: Feb 17, 2024
 *      Author: sym
 */
#include "ref.h"

/***************************************************************************
* new structs and print structs
***************************************************************************/
// 定义数据结构：树
struct TreeNode {
    int data;
    struct TreeNode *left;
    struct TreeNode *right;
};

// 打印数据：树【先序遍历】
static void 
print_tree_nodes(struct TreeNode* root) {
    if (root == NULL) {
        return;
    }

    printf("%d ", root->data);

    if (root->left != NULL) {
        print_tree_nodes(root->left);
    }

    if (root->right != NULL) {
        print_tree_nodes(root->right);
    }
}
/***************************************************************************
* gdb commands
***************************************************************************/
static void
addstructmem_command (const char *args, int from_tty)
{
	CA_PRINT("addstructmem_command\n");
}

// 测试内容
static void
addstruct_test_command (const char *args, int from_tty)
{
	printf("args=%s\n", args);
    printf("from_tty=%d\n", from_tty);
}

// 打印以指定根节点地址为根的二叉树的所有节点
static void 
addstruct_tree_command(const char *args, int from_tty) 
{
    if (!args || *args == '\0') {
        printf("Please provide the root node address.\n");
        return;
    }

    // 将 args 存储的地址内容 转换为 root 的地址
    struct TreeNode *root = (struct TreeNode *)strtoul(args, NULL, 0);
   
    // 如果找到了指定的根节点，则打印以该节点为根的二叉树的所有节点
    if (root != NULL) {
        printf("Here is test root info:add and data\n");
        // 对指针进行有效性检查
        printf("root node address: %p\n", (void *)root); // 打印传入的根节点地址，用于验证
        printf("root node data: %d\n\n", root->data); // 打印传入的根节点数据，用于验证
        
        printf("Printing tree nodes:\n");
        print_tree_nodes(root);
        printf("\n");
    } else {
        printf("Specified root node not found.\n");
    }
}


static char addstruct_help_msg[] = "Commands of addstruct v1.0\n"
    "addstructmem    -- print memory pool info.\n"
    "addstruct_test <txt>    -- test get user inputTxt\n"
    "addstruct_tree <root>  -- print binary tree node values starting from specified root node.\n"
    "type 'help <command>' to get more detail and usage info\n";


static void
display_addstruct_help_command (const char *args, int from_tty)
{
    CA_PRINT("%s", addstruct_help_msg);
}

void _initialize_addstructcmd ();

void
_initialize_addstructcmd ()
{
    add_cmd("addstructmem", class_info, addstructmem_command, _("Search for references to a given object"), &cmdlist);
    // 测试获取输入内容
    add_cmd("addstruct_test", class_info, addstruct_test_command, _("Display user inputTxt"), &cmdlist);
    // 打印二叉树
    add_cmd("addstruct_tree", class_info, addstruct_tree_command, _("Display binary tree node values"), &cmdlist);
    // help list
    add_cmd("addstruct_help", class_info, display_addstruct_help_command, _("Display core analyzer help"), &cmdlist);
}

给上述文件加入rwx权限：

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
chmod 777 addstructcmd.c

然后打开Makefile.in文件，在1102行加入

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
    addstructcmd.c \

🌳3.2 测试自定义指令

回到/root/host/core_analyzer_Test/core_analyzer目录，终端输入

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
./build_gdb.sh

编译完成后在当前路径下进行终端输入【说明：tree3_01.c 文件内容参考：【gdb调试】在ubuntu环境使用gdb调试一棵四层二叉树的数据结构详解】

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
./build/gdb-12.1/build/gdb/gdb  /root/host/my_program/tree3_01

测试gdb的自定义指令

addstructmem addstruct_help addstruct_tree + 地址

显示如下图则表明添加自定义gdb指令初步成功！

这里也反馈了一个信息：地址传递给 args，通过变量 args 成功将 root 的地址设置成了传递的地址【用户传递参数的处理过程是没问题的】，显示段错误是因为这个传递的地址空间未开辟。

🌳3.2 自定义gdb指令错误纠察

纠错思路：使用gdb调试修改的gdb进行查错，由于gdb中没有构建一颗完整的二叉树，所以我打算手动开辟一棵两层的二叉树用作测试。

🍃测试一：手动开辟空间测试

在目录：/root/host/core_analyzer_Test/core_analyzer 使用gdb调试gdb：

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
./build/gdb-12.1/build/gdb/gdb ./build/gdb-12.1/build/gdb/gdb

打开后依次执行：

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
start
b addstruct_tree_command

jump /root/host/core_analyzer_Test/core_analyzer/build/gdb-12.1/build/../gdb/addstructcmd.c:55

set *((int *)0x5555555592a0) = 1
set ((struct TreeNode *)0x5555555592a0)->left = (struct TreeNode *)0x5555555592c0
set ((struct TreeNode *)0x5555555592a0)->right = (struct TreeNode *)0x5555555592e0

set *((int *)0x5555555592c0) = 2
set ((struct TreeNode *)0x5555555592c0)->left = (struct TreeNode *)0x0
set ((struct TreeNode *)0x5555555592c0)->right = (struct TreeNode *)0x0

set *((int *)0x5555555592e0) = 3
set ((struct TreeNode *)0x5555555592e0)->left = (struct TreeNode *)0x0
set ((struct TreeNode *)0x5555555592e0)->right = (struct TreeNode *)0x0

set variable args = "0x5555555592a0"

f

此时地址空间开辟的地址和值如下图：

调试可以正常打印：

🍃测试二：程序开辟，修改addstructcmd.c

修改addstructcmd.c 内容如下：

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
/*
 * addstructcmd.c
 *
 *  Created on: Feb 17, 2024
 *      Author: sym
 */
#include "ref.h"

/***************************************************************************
* new structs and print structs
***************************************************************************/
// 定义数据结构：树
struct TreeNode {
    int data;
    struct TreeNode *left;
    struct TreeNode *right;
};


// 创建一个新的树节点
TreeNode* createNode(int data) {
    TreeNode* newNode = (TreeNode*)malloc(sizeof(TreeNode));
    if (newNode == NULL) {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed.\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    newNode->data = data;
    newNode->left = NULL;
    newNode->right = NULL;
    return newNode;
}

// 构建四层树
struct TreeNode* buildTree() {
    TreeNode* root = createNode(1);
    root->left = createNode(2);
    root->right = createNode(3);
    root->left->left = createNode(4);
    root->left->right = createNode(5);
    root->right->left = createNode(6);
    root->right->right = createNode(7);
    root->left->left->left = createNode(8);
    root->left->left->right = createNode(9);
    return root;
}


// 打印数据：树【先序遍历】
static void 
print_tree_nodes(struct TreeNode* root) {
    if (root == NULL) {
        return;
    }

    printf("%d ", root->data);

    if (root->left != NULL) {
        print_tree_nodes(root->left);
    }

    if (root->right != NULL) {
        print_tree_nodes(root->right);
    }
}
/***************************************************************************
* gdb commands
***************************************************************************/
static void
addstructmem_command (const char *args, int from_tty)
{
	CA_PRINT("addstructmem_command\n");
}

// 测试内容
static void
addstruct_test_command (const char *args, int from_tty)
{
	printf("args=：%s\n", args);
    printf("args=：%d\n", from_tty);
}

// 打印以指定根节点地址为根的二叉树的所有节点
static void 
addstruct_tree_command(const char *args, int from_tty) 
{
    if (!args || *args == '\0') {
        printf("Please provide the root node address.\n");
        return;
    }

    // 构建树
    struct TreeNode* root_frist = buildTree();
    // 将 args 存储的地址内容 转换为 root 的地址
    struct TreeNode *root = (struct TreeNode *)strtoul(args, NULL, 0);
   
    // 如果找到了指定的根节点，则打印以该节点为根的二叉树的所有节点
    if (root != NULL) {
        printf("Here is test root info:add and data\n");
        // 对指针进行有效性检查
        printf("root node address: %p\n", (void *)root); // 打印传入的根节点地址，用于验证
        printf("root node data: %d\n\n", root->data); // 打印传入的根节点数据，用于验证
        
        printf("Printing tree nodes:\n");
        print_tree_nodes(root);
        printf("\n");
    } else {
        printf("Specified root node not found.\n");
    }
}


static char addstruct_help_msg[] = "Commands of addstruct v1.0\n"
    "addstructmem    -- print memory pool info.\n"
    "addstruct_test <txt>    -- test get user inputTxt\n"
    "addstruct_tree <root>  -- print binary tree node values starting from specified root node.\n"
    "type 'help <command>' to get more detail and usage info\n";


static void
display_addstruct_help_command (const char *args, int from_tty)
{
    CA_PRINT("%s", addstruct_help_msg);
}

void _initialize_addstructcmd ();

void
_initialize_addstructcmd ()
{
    add_cmd("addstructmem", class_info, addstructmem_command, _("Search for references to a given object"), &cmdlist);
    // 测试获取输入内容
    add_cmd("addstruct_test", class_info, addstruct_test_command, _("Display user inputTxt"), &cmdlist);
    // 打印二叉树
    add_cmd("addstruct_tree", class_info, addstruct_tree_command, _("Display binary tree node values"), &cmdlist);
    // help list
    add_cmd("addstruct_help", class_info, display_addstruct_help_command, _("Display core analyzer help"), &cmdlist);
}

然后回到章节 3.2 进行编译。

在目录：/root/host/core_analyzer_Test/core_analyzer 使用gdb调试gdb：

代码语言：javascript
代码运行次数：0
复制
./build/gdb-12.1/build/gdb/gdb ./build/gdb-12.1/build/gdb/gdb

打开后依次执行【这里赋给args的值是随意的，防止 if 语句那里直接 return】：

代码语言：javascript
代码运行次数：0
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start
b addstruct_tree_command

jump /root/host/core_analyzer/build/gdb-12.1/build/../gdb/addstructcmd.c:84

set variable args = "0x5555555592a0"
f

使用p root_frist 打印 root_frist 的地址，然后将其重新赋给args

在gdb写死的数据结构：树【调用方法 struct TreeNode* buildTree() 】。获取地址可以正常输出：

🍃测试总结

上面两轮测试都在说明==>程序没问题，传参的设置与转换没问题。 问题：无法知道用户开辟的地址在哪，解决思路是通过输入变量名然后搜索堆栈获取信息，再打印。类似（比如p root会输出地址信息,这里的root就是变量名），而后面要做的就是获取这个显示的地址。

补充说明： ./xxx 每次执行开辟的地址空间不同，而gdb调试每次的开辟地址都一样。

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原始发表：2024-04-22，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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调试
analyzer
core
gdb

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函数
调试
analyzer
core
gdb
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目录
  • 🌊前言
  • 🌞1. 程序分析
  • 🌞2. 案例说明
    • 🌍2.1 修改内容
    • 🌍2.2 测试自定义指令
  • 🌞3. 实战内容
    • 🌳3.1 修改内容
    • 🌳3.2 测试自定义指令
    • 🌳3.2 自定义gdb指令错误纠察
      • 🍃测试一：手动开辟空间测试
      • 🍃测试二：程序开辟，修改addstructcmd.c
      • 🍃测试总结
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