附加作业-命令行调试器的使用

平时我们各种图形界面的调试器用多了，这次我来演示一下命令行调试器。 

为什么使用命令行调试器？

    平时的程序都能有图形界面的调试器，可是我们可以想像，第一个图形界面的调试器也需要调试，所以命令行的调试器还是很有存在的意义的。并且对于一些非常底层的东西，比如操作系统内核，一般都只提供基本的调试工具，那就是命令行。

    为了体现出区别，我直接就演示一个绝对高端洋气上档次的。具有以下特性：

        1.被调试的程序是操作系统内核，就是我们上学期操作系统的课程设计。

        2.被调试的程序是mips指令集的，所以使用的工具链都是针对mips的，都是我自己下载了源代码后配置并编译的，平台为OS X 10.9

        3.被调试的程序在虚拟机中运行，所以我们需要使用gdb进行远程调试 

    以上三点中每一点都和平时的调试工作相去甚远，由此我们也能充分体会到gdb的强大。

 

使用的工具链：

编译器为mips-sde-elf-gcc，产生方法为手工编译gcc源代码，配置target参数为mips-sde-elf

 

为了调试内核，就需要给内核一个运行的环境，在此，我们使用了qemu的mips模拟器qemu-system-mips

 

首先，我们需要在编译的时候加上生成调试信息的参数-g，这点在Makefile脚本里面就可以进行设置。

 

编译完成后，就要进行载入内核操作。为此，我写了两个脚本，一个用来实际运行，一个用来进行调试。

 

我们这里进入调试状态，先运行脚本debug.sh

 

然后再开一个终端，打开gdb，载入被调内核：

 

连接上qemu模拟器：

(gdb) target remote:1234

由链接脚本可以指定，程序的入口，这个内核的入口是”_start”，代码如下所示：

我们要观察这个函数运行的情况，就需要设置一个断点：

添加断点直接输入b _start即可完成设置断点的操作： 

然后按c就可开始执行：

很快就运行到了入口处，这时候我们输入l就可查看周围代码

 

要查看当前寄存器的值，输入info registers即可：

 

 

定位错误

假设我运行到了一个地方，出错了，如下图:

 

如果这句话出错了，和我们预期的结果不对。首先我们就需要知道targetPde指的是哪儿，这时候我们可以打印变量，p targetPde就行

 

下面就要查看运行的上下文，看究竟是哪一步产生了预料之外的数据，这时候我们可以使用bt指令，这个指令功能确实变态：

 

从中我们就可以看出，每个函数调用的位置，以及调用的函数，以及调用时的参数。有了这个以后，查错就变得十分方便。

出了能断在某个函数的入口，还能断在任意一行，或者某条指令。还有功能更强大的，复杂的条件断点。这些都能在说明文档中找到。下图为查看当前断点：

 

在程序执行时，使用n能够单步执行但不更进一步进入函数（step over），使用s就是进入函数（step into）。ni就是不进入函数的单步汇编，si就是进入函数的单步汇编（不输入指令直接按回车就是重复上一次操作）：

 

最后，所有可见的错误都调通了，我们就顺利的在qemu中看到执行的结果了：

 

    这就基本上是我使用gdb的方法了。从我个人认为，调试器的工作就是帮我定位错误，重现错误，更重要的是怎么解决错误以及怎么从头开始就避免错误。特别对于底层程序，有时候没有那么顺手的工具可以使用，这个时候就是对于经验和智慧的考验。

    我喜欢这种挑战。