GDB: ближе к телу. Основы использования отладчика WinDbg Изменение значения переменной

Введение

Откровенно говоря, программа GNU GDB довольно многофункциональная. Пошаговая от-лад-ка — лишь одна из ее возможностей. В этой статье я попытался описать те лишь команды GDB, которые позволяют проводить удобную пошаговую отладку программ, на-пи-сан-ных на Free Pascal.

Чтобы программу можно было отлаживать, она должна быть откомпилирована с ключом -g .

Поскольку GDB ориентирован не на Pascal, а на C и C++, то использование GDB для от-лад-ки Pascal-программ иногда сопряжено с неудобствами.

Приведу список подводных камней, обнаруженных мною и разработчиками Free Pascal (пе-ре-чис-лен-ных в user"s manual).

1. Отладочная информация в Free Pascal генерируется в верхнем регистре. Поэтому имена всех переменных, процедур, функций при использовании GDB должны указываться БОЛЬШИМИ БУКВАМИ.
2. GDB не воспринимает тип extended (ведь в C такого типа нет). Обойти эту неприятность можно, если, например, включить в код такие строки...
   type
   {$IFDEF DEBUG}
   dbl = double;
   {$ELSE}
   dbl = extended;
   {$ENDIF}
   ...

   var x: dbl;
   ...

3. К элементам многомерных массивов нужно обращаться в C-шной манере, а именно, команда (gdb) print A выдаст первую строку массива A. Для просмотра требуемого элемента следует писать (gdb) print A
4. GDB не воспринимает множества.
5. Есть трудности с поддержкой объектов (см. user"s manual за подробностями).
6. Есть трудности с глобально переопределенными функциями. (за подробностями см. user"s manual).
7. При отладке процедур, функций, расположенных в разных файлах, часто возникает несоответствие — смещение строк. Та строка, которую GDB показывает текущей, таковой не является, а текущая расположена строк эдак на двадцать выше. Это приводит к большим неудобствам при пошаговой отладке. Я для себя сделал из этого такую мораль — хоть GDB и позволяет отлаживать процедуры, описанные в разных файлах, но лучше этой возможностью не пользоваться, а на время отладки все вызываемые процедуры, работа которых вас заинтересует, помещать в одном файле.

Все примеры отлаживались с использованием GNU GDB 5.0.

Запуск отладчика GDB

gdb [опции] [имя_файла | ID процесса]

После запуска видим "nice GDB logo" (если это почему-то раздражает, то опция -q поз-во-ля-ет не выводить это введение с ин-фор-ма-ци-ей об авторских правах и прочая). В следующей стро-ке приглашение
(gdb)
ждет ввода команды.

Ниже приводится краткий перечень команд GDB.

Краткую справку о любой команде можно получить, введя
(gdb) help [имя_команды, можно краткое]

Если при запуске GDB имя исполняемого файла не было указано (что следовало бы делать), то указать его можно командой file .

Команда file

(gdb) file <имя исполняемого файла, который подлежит отладке>

Для того, чтобы пролистать содержимое исходника, используйте команду list (сокращенно l ; бо льшая часть наиболее полезных ко-манд имеют сокращения). При этом под-ра-зу-ме-ва-ет-ся, что исходник расположен в том же каталоге, что и исполняемый файл. Как правило, так оно и есть.

Команда list (сокращенно l)

Пролистывает 10 строк вниз, начиная с текущей. Для пролистывания вверх следует набрать

Команда run (сокращенно r)

Запускает отлаживаемую программу под GDB. Если требуется, то после команды можно ука-зать список аргументов программы. Так-же допускается перенаправление потоков ввода и вы-во-да в другие файлы, например

(gdb) run > outfile

Если никаких точек останова не определено, то программа выполняется тихо, при этом нам со-об-ща-ет-ся:

(gdb) run
Starting program: test
Program exited normally.
(gdb)

Если же отладчик встречает точку останова, он выдает ее номер, адрес и дополнительную ин-фор-ма-цию — текущую строку, имя про-це-ду-ры, и т.п.

(gdb) r
Breakpoint 1, main () at test.pp:3
Current language: auto; currently pascal
3 x:= x + 1;
(gdb)

И ожидает ввода команды.

Остановка отладки программы

Команда kill (k). Следует запрос

(gdb) kill
Kill the program being debugged? (y or n) y
(gdb)

Здесь введено y (то есть "да"), и отладка программы прекращается. Командой run ее можно на-чать заново, при этом все точки ос-та-но-ва (breakpoints), точки просмотра (watchpoints) и точ-ки отлова (catchpoints) сохраняются.

Выход из отладчика

Команда quit (q).

(gdb) q
$

Точки останова

(gdb) help breakpoints

Точки останова — такие, когда GDB приостанавливает выполнение программы. Как уже упо-ми-на-лось, имеется 3 типа точек ос-та-но-ва:

1. Breakpoints — точка останова как таковая. Остановка происходит, когда выполнение доходит до определенной строки, адреса или процедуры/функции.
2. Watchpoints — точка просмотра. Выполнение программы приостанавливается, если программа обратилась к определенной переменной — либо считала ее значение, либо изменила его.
3. Catchpoints — точка отлова. Приостановка происходит при определенном событии (например, получение сигнала). Я не буду касаться точек останова этого типа.

Определение точек останова

Breakpoint

Команда break
(gdb) break [аргумент]
или, сокращенно
(gdb) b [аргумент]
определяет точку останова. В качестве аргумента может выступать

• номер строки . Остановка произойдет при достижении строки программы с этим номером. То, что написано в самой строке, выполняться не будет. Например (gdb) b 394 Breakpoint 1 at 0x805a650: file maeq.pas, line 394.
• имя процедуры (функции) . Отладчик зайдет в эту процедуру и остановит выполнение программы. NB!! Имя процедуры (функции) должно быть указано БОЛЬШИМИ БУКВАМИ. Приведу пример: (gdb) b CALC Breakpoint 2 at 0x7657c7a: file maeq.pas, line 26.
• если вызвать команду break без аргументов , то точка останова поставится на текущей строке.
• также можно явно указывать адрес точки останова (перед адресом надо поставить знак *). Приведу лишь пример для полноты описания: (gdb) b *0x805a650 Breakpoint 3 at 0x805a650: file maeq.pas, line 394.

Допускается использование нескольких точек останова на одной строке (функции, адресе).

Watchpoint

Существуют различные виды точек просмотра, и задаются они различными командами:

• команда watch (сокращенно wa) (gdb) wa <переменная> Выполнение программы приостанавливается всякий раз, когда значение указанной переменной изменяется.
  
• команда rwatch (сокращенно rw) (gdb) rw <переменная> Выполнение приостанавливается всякий раз, когда программа считывает значение указанной переменной.
  NB!! Имя переменной должно быть указано БОЛЬШИМИ БУКВАМИ.
• команда awatch (сокращенно aw) (gdb) aw <переменная> Выполнение приостанавливается всякий раз, когда программа обращается к указанной переменной, как для считывания, так и для записи.
  NB!! Имя переменной должно быть указано БОЛЬШИМИ БУКВАМИ.

Замечу от себя, что команды rwatch и awatch у меня почему-то капризничают — часто не ус-та-нав-ли-ва-ют точки просмотра на пе-ре-мен-ную. Зато команда watch работала всегда.

Управление точками останова

Информацию о всех установленных точках останова можно вывести командой info .

Команда info имеет много возможностей, но в данном случае воспользуемся лишь сле-дую-щим ее форматом:
(gdb) info breakpoints
или, кратко
(gdb) i b

Выводится подробная информация о всех точках останова (как breakpoints, так и watch-points), включающая - номер - breakpoint или watchpoint - активность - сколько раз прог-рам-ма натыкалась на эту точку - иные характеристики, значение которых мне не со-всем понятно

Если какая-то точка останова не нужна, то ее можно сделать неактивной с помощью ко-ман-ды disable:

(gdb) disable breakpoint <номер этой точки>

Обратно, деактивированная точка останова активируется командой enable:

(gdb) enable breakpoint <номер этой точки>

Статус точки останова — активна она или нет, легко обозреть той же командой info .

Если же точка останова не требуется вообще, то она может быть удалена насовсем.

(gdb) delete breakpoint [номер точки]

(gdb) d b [номер точки]

Ввод этой команды без аргумента удалит ВСЕ точки останова.

Возобновление выполнения, пошаговая отладка

Информацию о командах этого раздела можно получить, введя

(gdb) help running

Команда continue (c)

Продолжает выполнение остановленной программы. Выполнение будет происходить, пока сно-ва не встретится точка останова. В ка-чест-ве аргумента может использоваться целое чис-ло N. Это укажет отладчику проигнорировать (N-1) точку останова (вы-пол-не-ние остановится на N-ой).

Команда step (s)

Аналог действия клавиши F7 (Trace into) в IDE. Происходит выполнение программы до тех пор, пока не будет достигнута сле-дую-щая строка ее кода. При указании аргумента — це-ло-го чис-ла N, отладчик выполняет команду step N раз (если не останавливает вы-пол-не-ние из-за точек останова или по иным причинам).

Команда next (n)

Аналог действия клавиши F8 (Step over) в IDE. В отличие от step вызов процедуры счи-та-ет-ся единой инструкцией (не заходит в вы-зы-вае-мые процедуры, функции). Аргумент N ра-бо-та-ет так же, как и для step .

Команда finish (fin)

Выполняет программу до момента выхода из текущей процедуры (функции). Если функция воз-вра-ща-ет значение, то это значение вы-во-дит-ся тоже.

Команда until (u)

Производит выполнение программы до тех пор, пока не будет достигнута строка с номером, бо ль-шим текущего. Команду until удоб-но применять при отладке циклов. Остановка про-и-зой-дет также, если программа при выполнении цикла выйдет из текущей про-це-ду-ры, функ-ции.

Команда stepi (si)

Действие подобно step , но выполняется не строка, а ровно одна инструкция в этой строке прог-рам-мы. Аргумент N нужен, если тре-бу-ет-ся выполнить N инструкций.

Команда nexti (ni)

Аналогична stepi , но вызовы процедур трактуются как одна инструкция.

Управление состоянием (просмотр, изменение) переменных при отладке

Информацию о командах этого раздела можно получить, введя

(gdb) help data

Команда print (p)

Вывод текущего значения переменной (выражения). При использовании команды print имя пе-ре-мен-ной можно писать в сме-шан-ном регистре, то есть в этом случае использование боль-ших букв обязательным не является.

Часто требуется отслеживать значения нескольких переменных. Чтобы не утруждать себя мно-го-крат-ным вводом команды print , ис-поль-зуй-те команду display .

Команда display

В качестве аргумента обычно указывают переменную или выражение. При этом указанная пе-ре-мен-ная (выражение) занесется в дис-плей, то есть станет выводиться при каждой ос-та-нов-ке программы (при попадании на точку останова, при пошаговом вы-пол-не-нии командами step и next , etc). Если вызвать display без аргументов, то GDB выдаст значения всех пе-ре-мен-ных (вы-ра-же-ний), занесенных в дисплей.

Управление списком этих переменных осуществляется аналогично точкам останова. А имен-но, команда info display

(gdb) info display

выдаст все переменные, занесенные в дисплей. Любая переменная в списке дисплея может быть дезактивирована

(gdb) disable display <номер переменной в списке дисплея>

или активирована заново

(gdb) enable display <номер переменной в списке дисплея>

Удаление переменной из списка дисплея производится командой delete или командой undisplay . Так, команда

(gdb) delete display [номер переменной в списке дисплея]

делает то же, что и

(gdb) undisplay [номер переменной в списке дисплея]

Опять-таки, если не указать номер переменной, то очистится весь список отображаемых пе-ре-мен-ных.

Изменение значения переменной

И последнее. Изменение значения переменной на другое можно, например, произвести с по-мощью команд set или print .

(gdb) set <оператор присваивания> (gdb) print <оператор присваивания>

Например,

(gdb) whatis x
TYPE = WORD
(gdb) p x
$1 = 1
(gdb) set x:=2
(gdb)

При использовании set присваивание происходит "тихо". То же самое можно сделать, но с по-мощью команды print .

Например,

(gdb) p x
$2 = 2
(gdb) p x:=x-2
$3 = 0
(gdb)

При этом, как видно, выводится новое значение переменной.

Вот и все.

Удачной отладки!

GDB относится к «умным» программам-отладчикам, то есть таким, которые «понимают» код и умеют выполнять его построчно, менять значения переменных, устанавливать контрольные точки и условия остановки… Словом, делать всё для того, чтобы разработчик мог проверить правильность работы своей программы.

GDB встроен во многие UNIX -подобные системы и умеет производить отладку нескольких языков программирования. Си - в их числе.

Чтобы вызвать GDB введите в терминале команду

Gdb [ имя_программы_которую_вы_хотите_отладить]

Чтобы выйти из GDB : введите команду

Quit или С –d

Другие важные команды GDB

Давайте посмотрим, как работать с GDB на примере программы caesar.c, которую вы, скорее всего уже написали на прошлой неделе. Проверять будем на собственной версии, так что у вас результаты могут несколько отличаться в зависимости от реализации.

Итак, переходим в папку pset2 (думаем, вы уже помните, как это сделать) в «Виртуальной лаборатории cs50» или CS50 IDE. Вводим команду:

Gdb . /caesar

В программе caesar есть одна функция, main. Установим точку остановки программы на функции main:

Запустим программу caesar с аргументом «3»:

Run 13

Допустим, нам надо проверить значение argc:

Print argc

Вот как всё это должно выглядеть в окне терминала:

Теперь выполняем программу пошагово с помощью команды next . Выполним несколько раз.

Здесь переменной key присваивают значение. Проверим, какое значение она имеет этой строке:

При первом вызве next переменной key присваивается значение «0». ПОчему так, если мы ввели число 3? Дело в том, что команда ещё не была выполнена. Когда вы вводим next ещё несколько раз, программа предлагает ввести текст.

Выполнив команду next еще раз, мы зайдем внутрь цикла с условием.

Поговорим об отладчиках для Microsoft Windows. Их существует довольно много, вспомнить хотя бы всеми любимый OllyDbg, некогда популярный, но в настоящее время практически умерший SoftIce, а также Sycer, Immunity Debugger, x64dbg и бесчисленное количество отладчиков, встроенных в IDE. По моим наблюдениям, WinDbg нравится далеко не всем. Думаю, в основном это связано с командным интерфейсом отладчика. Любителям Linux и FreeBSD, бесспорно, он пришелся бы по душе. Но закоренелым пользователям Windows он кажется странным и неудобным. А тем временем, по функционалу WinDbg ничем не уступает другим отладчикам. Как минимум, он точно нечем не хуже классического GDB или там LLDB . В чем мы сегодня с вами и убедимся.

В мире Windows, все, как обычно, немного через жопу. Официальный инсталятор WinDbg можно скачать на сайте MS. Инсталятор этот помимо WinDbg также поставит вам свежую версию.NET Framework и перезагрузит систему без спроса. После установки не факт, что отладчик вообще заработает, особенно под старыми версиями Windows. Поэтому лучше скачать неофициальную сборку WinDbg или . Настоятельно советую воспользоваться именно одной из этих версий — это самый простой и быстрый способ установить WinDbg.

Есть две версии WinDbg, x86 и x64. Чтобы не возникало никаких проблем, отлаживайте x86 приложения с помощью x86 дебагера, а x64 приложения — с помощью x64 дебагера. После первого запуска выглядеть WinDbg будет довольно убого. Но не беспокойтесь по этому поводу. Поработав буквально несколько минут с WinDbg, вы подстроите его под себя и выглядеть он будет вполне няшненько. Например, как-то так (кликабельно, 51 Кб, 1156 x 785):

На этом скриншоте изображена отладка программы из заметки Получаем список запущенных процессов на Windows API . Как видите, WinDbg подцепил исходники программы. Справа отображаются значения локальных переменных. Внизу находится окно для ввода команд, где при помощи команды kn был выведен стэк вызовов. В верхней части отладчика находятся кнопки, при помощи которых можно выполнять простые действия вроде «шаг вперед», а также открыть дополнительные окна. При помощи этих окон можно посмотреть содержимое оперативной памяти, значения регистров, дизассемблерный листинг программы и много других интересных вещей.

Вообще, очень многое в WinDbg можно делать через GUI. Например, в окне с исходным кодом можно поставить курсор на нужном месте и нажатием на икноку с ладонью создать там точку останова. Или выполнить run to cursor. Также выполнение команды можно в любой момент остановить при помощи кнопки Break в панели вверху. На этом всем подробно останавливаться не будем. Но учтите, что такие возможности есть и они заслуживают изучения!

Прежде, чем приступить к отладке при помощи WinDbg, нужно сделать несколько несложных телодвижений. Откройте File → Symbol File Path и введите:

SRV*C:\symbols*http://msdl.microsoft.com/download/symbols

Затем нажмите Browse и укажите путь до файлов c отладочной информацией (.pdb) вашего проекта. Аналогичным образом в File → Source File Path укажите путь до каталога с исходниками. Если сомневаетесь, укажите путь, по которому находится файл проекта Visual Studio, не ошибетесь. Затем скажите File → Save Workspace, чтобы все эти пути не приходилось указывать заново при каждом запуске WinDbg.

Теперь, когда все настроено, есть несколько способов начать отладку. Можно запустить новый процесс под отладчиком, можно подключиться к уже существующему, можно открыть крэшдамп. Все это делается через меню File. Особого внимания заслуживает возможность удаленной отладки. Например, если при помощи WinDbg вы отлаживаете драйверы, то особого выбора, кроме как использовать удаленную отладку, у вас как бы и нет. Что не удивительно, ведь малейшая ошибка в коде драйвера может привести к BSOD.

Если вы уже отлаживаете процесс, но хотели бы начать делать это удаленно, говорим:

Server tcp:port=3003

Нужно проверить, что порт открыт, что особенно актуально на Windows Server. На клиенте делаем File → Connect to a Remote Session, вводим:

tcp:Port=3003,Server=10.110.0.10

Кроме того, можно запустить сервер, позволяющий отлаживать любой процесс в системе:

dbgsrv.exe -t tcp:port=3003

На клиенте подключаемся через File → Connect to Remote Stub. После этого через интерфейс можно как обычно выбрать процесс из списка или запустить новый. Только работать процессы будут на удаленной машине.

Теперь, наконец-то, рассмотрим основные команды WinDbg.

Важно! Иногда команды могут выполняется очень долго, например, если вы решили загрузить сразу все отладочные символы. Если устанете ждать, просто нажмите Ctr+C в поле ввода команды, и WinDbg тут же перестанет делать то, что он сейчас делает.

Help
.hh команда

Очистить вывод в окне Command:

Добавить путь, по которому WinDbg будет искать отладочные символы (та же команда без знака плюс затрет все ранее прописанные пути):

Sympath+ c:\pdbs

Перезагрузить символы:

Показать список модулей:

Ищем символы:

x *!Ololo::My::Namespace::*

Загрузить символы для модуля:

ld имя_модуля

Если WinDbg почему-то не находит.pdb файлы и в стектрейсах вместо имен.c/.cpp файлов с номерами строк вы видите что-то вроде module+0x19bc, попробуйте выполнить следующую последовательность команд — так вы получите больше информации о возможных причинах проблемы:

Sym noisy
.reload MyModule.dll

Указать путь к каталогу исходников:

Поставить точку останова:

bp kernel32!CreateProcessA
bp `mysorucefile.cpp:123`
bp `MyModule!mysorucefile.cpp:123`
bp @@(Full::Class:Name::method)

Поставить точку остановка, которая сработает только один раз:

Поставить точку останова, которая сработает на 5-ый раз, после 4-х проходов:

Можно автоматически выполнять команды каждый раз, когда срабатывает точка останова:

bp kernel32!LoadLibraryA ".echo \"Variables:\n\"; dv"

У аппаратных точек останова синтаксис такой:

ba