一、GDB调试器概述

1.1 GDB的核心价值

GDB（GNU Debugger）作为开源社区最成熟的调试工具之一，其核心价值体现在三个方面：代码级定位能力可精确到具体行号，动态分析功能支持运行时状态检查，跨平台兼容性覆盖Linux/Unix及嵌入式系统。典型应用场景包括崩溃分析、内存泄漏追踪、算法逻辑验证等。

1.2 安装与环境配置

在Ubuntu系统上可通过sudo apt install gdb快速安装，源码编译需配置--enable-tui参数启用文本界面。推荐配置.gdbinit初始化文件，例如：

set pagination off
set history save on
set history filename ~/.gdb_history

此配置可关闭分页显示并持久化命令历史，提升调试效率。

二、基础调试流程

2.1 启动调试会话

启动方式分为三种模式：

• 直接启动：gdb ./program
• 带参数启动：gdb --args ./program arg1 arg2
• 核心转储分析：gdb ./program core

2.2 基础命令体系

命令类别	核心指令	功能说明
执行控制	run, continue	启动/继续程序执行
单步执行	step, next	进入函数/执行下一行
状态检查	print, ptype	变量值查看/类型信息
程序终止	kill, quit	终止调试/退出GDB

典型调试会话示例：

(gdb) break main          # 在main函数设置断点
(gdb) run                 # 启动程序
(gdb) print i             # 查看变量i的值
(gdb) next                # 执行下一行
(gdb) quit                # 退出调试

三、高级调试技术

3.1 断点管理策略

条件断点语法：break line_number if condition，例如：

(gdb) break 10 if i == 5  # 当i等于5时在第10行中断

观察点设置：watch var_name可监控变量修改，rwatch监控读取，awatch监控读写。

3.2 内存与寄存器检查

内存检查命令体系：

• x/nfw addr：n个单元，每个单元f格式，w字节数
• 常用格式符：x(十六进制), d(十进制), s(字符串)

示例：检查指针指向的内存内容

(gdb) x/4xw 0x7fffffffe000  # 以16进制显示4个字单元

3.3 多线程调试

线程控制命令：

• info threads：显示所有线程状态
• thread id：切换目标线程
• set scheduler-locking on：单步时只执行当前线程

线程调试典型流程：

(gdb) info threads         # 查看线程状态
  Id   Target Id         Frame 
  2    Thread 0x7ffff7d... in pthread_join()
* 1    Thread 0x7ffff7f... in main()
(gdb) thread 2            # 切换到2号线程
(gdb) bt                  # 查看调用栈

四、性能分析与优化

4.1 执行时间统计

profile命令组可进行性能分析：

(gdb) set prof-width 20    # 设置输出宽度
(gdb) prof cpu /tmp/prof  # 生成CPU使用报告

报告包含函数调用次数、自用时间、累计时间等关键指标。

4.2 内存泄漏检测

结合Valgrind工具时，GDB可定位泄漏点：

(gdb) break malloc        # 在内存分配处设断点
(gdb) commands           # 设置断点命令
> call malloc_stats()    # 调用统计函数
> continue
> end

五、实用技巧与案例

5.1 脚本自动化

GDB支持Python脚本扩展，示例实现自动打印：

class AutoPrint(gdb.Command):
    def __init__(self):
        super().__init__("ap", gdb.COMMAND_USER)
    def invoke(self, arg, from_tty):
        frame = gdb.selected_frame()
        block = frame.block()
        for symbol in block:
            if symbol.is_variable:
                gdb.execute("print {}".format(symbol.name))
AutoPrint()

5.2 逆向工程应用

调试未知二进制时，推荐流程：

1. disassemble function查看反汇编
2. set $eip=address修改执行流
3. set $eax=value修改寄存器值

5.3 远程调试配置

网络调试配置步骤：

1. 目标机启动：gdbserver :2345 ./program
2. 主机连接：target remote 192.168.1.100:2345
3. 共享库处理：set sysroot /path/to/target/root

六、常见问题解决方案

6.1 符号表缺失处理

当出现No symbols loaded错误时：

1. 编译时添加-g3选项
2. 使用file命令重新加载符号
3. 检查.debug目录权限

6.2 核心转储分析

核心文件分析流程：

ulimit -c unlimited       # 启用核心转储
./program                 # 触发崩溃
gdb ./program core        # 加载核心文件
bt full                   # 查看完整调用栈

6.3 多线程死锁诊断

死锁检测三步法：

1. info all-registers检查锁状态
2. thread apply all bt获取所有线程栈
3. 绘制资源占用关系图

本手册系统梳理了GDB调试器的核心功能与实战技巧，通过结构化知识体系和具体案例演示，帮助开发者建立完整的调试思维体系。建议结合实际项目进行针对性练习，逐步掌握高级调试技术，最终实现问题定位效率的质的提升。