gdb這個debug工具，應該無人不知吧。服務器開發(fā)和客戶端開發(fā)人員應該都或多或少的通過這個工具排查問題。但有沒有想過它的實現原理，為什么打斷點能夠在斷點處停止運行？為什么能查看cpu寄存器？等等。我們就帶著這些疑問接著往下看。

知識鋪墊

我們都聽說過系統(tǒng)調用，這里簡單的解釋下系統(tǒng)調用的含義。操作系統(tǒng)提供了一種標準的服務來讓程序員實現對底層的硬件和服務的控制，比如申請、釋放內存，打開、關閉文件等等，這就叫做系統(tǒng)調用（system calls）。

系統(tǒng)調用的過程比較復雜，大致流程是這樣的：將相關參數放進系統(tǒng)調用的相關寄存器中，然后調用軟中斷（0x80），這個中斷作用就是讓一個程序從用戶態(tài)陷入到內核態(tài)執(zhí)行，程序將參數和系統(tǒng)調用號交給內核，內核來執(zhí)行。

看完這個知識鋪墊，估計心里猜測跟系統(tǒng)調用有關系了。確實不是特別高大上的技術，只是利用了Linux提供的非常優(yōu)雅的方式：ptrace系統(tǒng)調用，用man查看以下這個系統(tǒng)調用。ptrace可以讓父進程觀察和控制其子進程的檢查、執(zhí)行，改變其寄存器和內存的內容。主要的作用就是大家常用的打斷點的功能了，還有一個功能是打印系統(tǒng)調用的軌跡信息。

我們先來看下這個ptrace函數的原型：

第一個參數決定了ptrace的行為與其他參數的使用方法?？扇〉闹涤校?/p>

PTRACE_MEPTRACE_PEEKTEXTPTRACE_PEEKDATAPTRACE_PEEKUSERPTRACE_POKETEXTPTRACE_POKEDATAPTRACE_POKEUSERPTRACE_GETREGSPTRACE_GETFPREGS,PTRACE_SETREGSPTRACE_SETFPREGSPTRACE_CONTPTRACE_SYSCALL,PTRACE_SINGLESTEPPTRACE_DETACH

下面對常用的幾種模式進行說明。

1. PTRACE_ME(跟蹤我)：這是相對父進程而言的。功能是指示父進程，對其進行跟蹤。trace工具的實現就是用這個模式。
2. PTRACE_GETREGS：讀取寄存器的值。如果你想在系統(tǒng)調用或者進程停止前讀取它的寄存器。這就回答了文章開頭的第二個問題。
3. PTRACE_SINGLESTEP：單步。會使內核在子進程的每一條指令執(zhí)行前先將其阻塞，然后控制權交給父進程。
4. PTRACE_PEEKDATA：設置斷點。調試器怎么設置斷點的呢？通常情況下，將當前需要執(zhí)行的指令替換成trap指令，于是就會停在當前位置。被調試程序恢復運行以后調試器將原指令放回來就可以了。具體實現過程請接著往下看！

詳細可參考《http:///linux/man-pages/man2/ptrace.2.html》

gdb三種調試方式

看完ptrace使用方法，再來看看gdb的三種調試方式。

1. attach并調試一個已經運行的進程： 確定需要進行調試的進程id ；運行gdb，輸入attch pid，如：gdb 12345。gdb將對指定進行執(zhí)行如下操作：ptrace（PTRACE_ATTACH，pid，0,0）
2. 運行并調試一個新的進程 ：運行gdb，通過命令行參數或file指定目標調試程序，如gdb ./test ；輸入run命令，gdb執(zhí)行下述操作： 通過fork()系統(tǒng)調用創(chuàng)建一個新進程 。在新創(chuàng)建的子進程中調用ptrace(PTRACE_TRACEME，0,0,0） 。在子進程中通過execv（）系統(tǒng)調用加載用戶指定的可執(zhí)行文件
3. 遠程調試目標主機上新創(chuàng)建的進程 ：gdb運行在調試機，gdbserver運行在目標機，通過二者之間定義的數據格式進行通信。

斷點的實現過程

再回到剛文章開頭的問題，斷點是怎樣實現的呢？我從上面文字中知道gdb調試的實現都是建立在信號的基礎上的。在使用參數為PTRACE_TRACEME或PTRACE_ATTACH的ptrace系統(tǒng)調用建立調試關系后，交付給目標程序的任何信號首先都會被gdb截獲。

因此gdb可以先行對信號進行相應處理，并根據信號的屬性決定是否要將信號交付給目標程序。

當用breakpoint 設置一個斷點后，gdb會在=找到該位置對應的具體地址，然后向該地址寫入斷點指令INT3，即0xCC。

目標程序運行到這條指令時，就會觸發(fā)SIGTRAP信號，gdb會首先捕獲到這個信號。然后根據目標程序當前停止的位置在gdb維護的斷點鏈表中查詢，若存在，則可判定為命中斷點。

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