GDB（GNU Debugger）是Linux下一个强大的调试工具，它允许程序员在程序运行时检查程序的状态，包括变量的值、内存的内容、寄存器的状态等。
一、基本用法
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启动GDB：
gdb [可执行文件名] -
在GDB中运行程序：
run [参数]：启动程序，并传递指定的参数。continue或c：继续运行程序，直到遇到下一个断点或程序结束。
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退出GDB：
quit或q：退出GDB调试器。
常用命令
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设置断点：
break [文件名]:[行号]或b [文件名]:[行号]：在指定文件的指定行设置断点。break [函数名]或b [函数名]：在指定函数处设置断点。
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查看断点：
info breakpoints或info b：查看当前设置的断点信息。
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删除断点：
delete [断点号]或d [断点号]：删除指定编号的断点。
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单步执行：
step或s：单步执行，进入函数调用。next或n：单步执行，但不进入函数调用。
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查看变量：
print [变量名]或p [变量名]：打印指定变量的值。display [变量名]：在每次程序停止时自动显示指定变量的值。
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查看内存：
x/[单位][数量][地址]：查看指定地址处的内存内容。例如，x/4xw $esp查看以$esp寄存器为起始地址的4个word（4字节）的内容。
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反汇编：
disassemble [函数名]或disas [函数名]：反汇编指定函数。
示例
以下是一个使用GDB调试C程序的简单示例。
示例程序（hello.c）：
#include <stdio.h>void print_message() {printf("Hello, World!\n");
}int main() {int a = 5;int b = 10;int sum = a + b;print_message();return 0;
}
编译程序：
gcc -g -o hello hello.c使用GDB调试：
gdb hello在GDB中执行以下命令：
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设置断点：
(gdb) break main Breakpoint 1 at 0x400536: file hello.c, line 10. -
运行程序：
(gdb) run Starting program: /path/to/hello Breakpoint 1, main () at hello.c:10 10 int sum = a + b; -
查看变量值：
(gdb) print a $1 = 5 (gdb) print b $2 = 10 -
单步执行：
(gdb) next 11 print_message(); (gdb) print sum $3 = 15 -
继续运行到下一个断点或程序结束：
(gdb) continue Hello, World! [Inferior 1 (process 12345) exited normally]
二、使用GDB分析程序的性能
虽然GDB（GNU Debugger）主要用于调试程序的错误，但它也提供了一些功能，可以间接地用于辅助分析程序的性能。以下是使用GDB分析程序性能的方法和示例：
1. 使用disable和enable命令控制断点
在调试过程中，你可以通过禁用和启用断点来控制程序的执行流程，从而测量特定代码段的执行时间。
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禁用断点：
disable [断点号] -
启用断点：
enable [断点号]
你可以在程序的关键部分设置断点，禁用它们，让程序运行一段时间，然后重新启用断点并检查执行时间。
2. 使用finish命令测量函数执行时间
finish命令用于继续运行程序直到当前函数返回。你可以在函数入口设置断点，然后使用finish命令并记录时间戳，从而测量函数的执行时间。
(gdb) break my_function
Breakpoint 1 at 0x...
(gdb) run
...
Breakpoint 1, my_function (...)
(gdb) info time # 查看当前时间（可能需要GDB的扩展或外部工具）
...
(gdb) finish
Run till exit from #0 my_function (...)
...
(gdb) info time # 再次查看时间并计算差值
注意：info time命令可能不是所有GDB版本都支持，你可能需要使用外部工具或GDB的扩展来获取时间戳。
3. 使用set命令修改程序变量以模拟性能瓶颈
通过修改程序中的关键变量，你可以模拟性能瓶颈并观察程序的行为。例如，你可以减小缓存大小、增加数据量或调整算法参数来观察程序性能的变化。
(gdb) set variable cache_size = 10244. 结合使用step和next命令分析代码路径
使用step和next命令逐步执行程序，并分析代码的执行路径。这可以帮助你识别性能瓶颈，如不必要的函数调用、循环迭代次数过多等。
(gdb) step
(gdb) next
5. 示例
假设你有一个简单的C程序，你想分析其中某个函数的执行时间。
示例程序（perf_test.c）：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>void test_function() {sleep(2); // 模拟耗时操作
}int main() {test_function();return 0;
}
编译程序：
gcc -g -o perf_test perf_test.c使用GDB调试：
gdb perf_test在GDB中执行以下命令：
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设置断点并运行程序：
(gdb) break main Breakpoint 1 at 0x... (gdb) run -
禁用断点并记录开始时间（这里需要外部工具或GDB扩展来获取时间戳）：
(gdb) disable 1 (gdb) continue # 使用外部工具记录时间戳 T1 -
在
test_function函数入口设置断点并启用它：(gdb) break test_function Breakpoint 2 at 0x... (gdb) enable 2 -
程序会在
test_function入口停止，记录此时的时间戳（同样需要外部工具）：# 程序在Breakpoint 2处停止 # 使用外部工具记录时间戳 T2 -
继续运行程序并记录结束时间：
(gdb) continue # 程序运行完毕，使用外部工具记录时间戳 T3 -
计算
test_function的执行时间：T3 - T2 - (可能的系统调度延迟)。注意，由于GDB本身和操作系统调度的影响，这种方法得到的时间可能不够精确。 -
退出GDB：
(gdb) quit
注意：上述示例中提到的使用外部工具记录时间戳的方法并不是GDB的直接功能。在实际操作中，你可能需要使用如date、time等命令行工具或编写脚本来记录时间戳，并计算函数的执行时间。此外，由于操作系统调度和GDB本身的影响，这种方法得到的时间可能存在一定的误差。虽然GDB不是专门的性能分析工具，但它提供了一些功能可以辅助你分析程序的性能。对于更全面的性能分析，建议使用专门的性能分析工具如gprof、perf或Valgrind的Callgrind工具。
三、使用GDB分析Core文件
当程序崩溃时，操作系统通常会生成一个core文件，该文件包含了程序崩溃时的内存状态、寄存器状态、函数调用堆栈等关键信息。使用GDB可以分析这些core文件，从而帮助定位和解决程序崩溃的问题：
1. 生成core文件
首先，需要确保系统配置为在程序崩溃时生成core文件。这通常涉及设置core文件的大小限制和格式。
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查看和设置core文件大小限制：
ulimit -c unlimited # 取消core文件大小限制 -
设置core文件格式（在某些Linux发行版上可能需要）：
sudo sysctl -w kernel.core_pattern=/tmp/core_%e_%p_%t这将core文件保存在
/tmp目录下，文件名包含可执行文件名、进程ID和时间戳。
2. 编译程序以包含调试信息
为了使用GDB分析core文件，需要确保编译程序时包含了调试信息。这通常通过添加-g选项到编译器命令中来实现。
gcc -g -o my_program my_program.c3. 运行程序并生成core文件
运行程序并使其崩溃，以生成core文件。崩溃的原因可能是未定义的行为、内存访问错误、除零错误等。
./my_program # 运行程序并使其崩溃
崩溃后，应该会在指定位置（如/tmp）生成一个core文件。
4. 使用GDB分析core文件
现在，可以使用GDB来分析生成的core文件。
gdb my_program /tmp/core_my_program_XXXX # 替换XXXX为实际的core文件名
在GDB中，可以执行以下命令来查看崩溃时的信息：
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查看崩溃时的函数调用堆栈：
(gdb) bt # 或 backtrace这将显示程序崩溃时的函数调用堆栈，包括每个函数的参数和返回值（如果可用）。
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查看特定帧的详细信息：
(gdb) frame [帧号] # 选择要查看的帧 (gdb) info args # 查看当前帧的参数 (gdb) info locals # 查看当前帧的局部变量 -
检查变量的值：
(gdb) print [变量名] # 打印指定变量的值 -
查看内存内容：
(gdb) x/[单位][数量][地址] # 查看指定地址处的内存内容
5. 示例
假设有一个简单的C程序，它由于访问未初始化的指针而崩溃。
示例程序（crash_example.c）：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {int *ptr = NULL;*ptr = 42; // 访问未初始化的指针，导致崩溃printf("Value: %d\n", *ptr);return 0;
}
编译程序：
gcc -g -o crash_example crash_example.c运行程序并生成core文件：
./crash_example # 程序崩溃并生成core文件
使用GDB分析core文件：
gdb crash_example /tmp/core_crash_example_XXXX # 替换XXXX为实际的core文件名
在GDB中执行以下命令：
(gdb) bt
#0 0x08048416 in main () at crash_example.c:6
6 *ptr = 42;
(gdb) frame 0
#0 0x08048416 in main () at crash_example.c:6
6 *ptr = 42;
(gdb) info locals
ptr = (int *) 0x0
(gdb) print ptr
$1 = (int *) 0x0
从上面的输出可以看出，程序在尝试将值42写入空指针ptr时崩溃。bt命令显示了崩溃时的函数调用堆栈，frame 0选择了堆栈中的第一帧（即main函数），info locals显示了当前帧的局部变量（包括出问题的指针ptr），print ptr打印了指针ptr的值（0x0，表示空指针）。