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11.2 使用GDB调试

开发程序过程中调试代码是开发者经常要做的一件事情，Go语言不像PHP、Python等动态语言，只要修改不需要编译就可以直接输出，而且可以动态的在运行环境下打印数据。当然Go语言也可以通过Println之类的打印数据来调试，但是每次都需要重新编译，这是一件相当麻烦的事情。我们知道在Python中有pdb/ipdb之类的工具调试，Javascript也有类似工具，这些工具都能够动态的显示变量信息，单步调试等。不过庆幸的是Go也有类似的工具支持：GDB。Go内部已经内置支持了GDB，所以，我们可以通过GDB来进行调试，那么本小节就来介绍一下如何通过GDB来调试Go程序。

GDB调试简介

GDB是FSF(自由软件基金会)发布的一个强大的类UNIX系统下的程序调试工具。使用GDB可以做如下事情：

  1. 启动程序，可以按照开发者的自定义要求运行程序。
  2. 可让被调试的程序在开发者设定的调置的断点处停住。（断点可以是条件表达式）
  3. 当程序被停住时，可以检查此时程序中所发生的事。
  4. 动态的改变当前程序的执行环境。

目前支持调试Go程序的GDB版本必须大于7.1。

编译Go程序的时候需要注意以下几点

  1. 传递参数-ldflags "-s"，忽略debug的打印信息
  2. 传递-gcflags "-N -l" 参数，这样可以忽略Go内部做的一些优化，聚合变量和函数等优化，这样对于GDB调试来说非常困难，所以在编译的时候加入这两个参数避免这些优化。

常用命令

GDB的一些常用命令如下所示

  • list

    简写命令l，用来显示源代码，默认显示十行代码，后面可以带上参数显示的具体行，例如：list 15，显示十行代码，其中第15行在显示的十行里面的中间，如下所示。

      10	        time.Sleep(2 * time.Second)
  11	        c <- i
  12	    }
  13	    close(c)
  14	}
  15	
  16	func main() {
  17	    msg := "Starting main"
  18	    fmt.Println(msg)
  19	    bus := make(chan int)

  • break

    简写命令 b,用来设置断点，后面跟上参数设置断点的行数，例如b 10在第十行设置断点。

  • delete 简写命令 d,用来删除断点，后面跟上断点设置的序号，这个序号可以通过info breakpoints获取相应的设置的断点序号，如下是显示的设置断点序号。

      Num     Type           Disp Enb Address            What
  2       breakpoint     keep y   0x0000000000400dc3 in main.main at /home/xiemengjun/gdb.go:23
  breakpoint already hit 1 time

  • backtrace

    简写命令 bt,用来打印执行的代码过程，如下所示：

      #0  main.main () at /home/xiemengjun/gdb.go:23
  #1  0x000000000040d61e in runtime.main () at /home/xiemengjun/go/src/pkg/runtime/proc.c:244
  #2  0x000000000040d6c1 in schedunlock () at /home/xiemengjun/go/src/pkg/runtime/proc.c:267
  #3  0x0000000000000000 in ?? ()

  • info

    info命令用来显示信息，后面有几种参数，我们常用的有如下几种：

    • info locals

      显示当前执行的程序中的变量值

    • info breakpoints

      显示当前设置的断点列表

    • info goroutines

      显示当前执行的goroutine列表，如下代码所示,带*的表示当前执行的

        * 1  running runtime.gosched
  * 2  syscall runtime.entersyscall
    3  waiting runtime.gosched
    4 runnable runtime.gosched

  • print

    简写命令p，用来打印变量或者其他信息，后面跟上需要打印的变量名，当然还有一些很有用的函数$len()和$cap()，用来返回当前string、slices或者maps的长度和容量。

  • whatis

    用来显示当前变量的类型，后面跟上变量名，例如whatis msg,显示如下：

      type = struct string

  • next

    简写命令 n,用来单步调试，跳到下一步，当有断点之后，可以输入n跳转到下一步继续执行

  • coutinue

    简称命令 c，用来跳出当前断点处，后面可以跟参数N，跳过多少次断点

  • set variable

    该命令用来改变运行过程中的变量值，格式如：set variable <var>=<value>

调试过程

我们通过下面这个代码来演示如何通过GDB来调试Go程序，下面是将要演示的代码：

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func counting(c chan<- int) {
	for i := 0; i < 10; i++ {
		time.Sleep(2 * time.Second)
		c <- i
	}
	close(c)
}

func main() {
	msg := "Starting main"
	fmt.Println(msg)
	bus := make(chan int)
	msg = "starting a gofunc"
	go counting(bus)
	for count := range bus {
		fmt.Println("count:", count)
	}
}

编译文件，生成可执行文件gdbfile:

go build -gcflags "-N -l" gdbfile.go

通过gdb命令启动调试：

gdb gdbfile

启动之后首先看看这个程序是不是可以运行起来，只要输入run命令回车后程序就开始运行，程序正常的话可以看到程序输出如下，和我们在命令行直接执行程序输出是一样的：

(gdb) run
Starting program: /home/xiemengjun/gdbfile 
Starting main
count: 0
count: 1
count: 2
count: 3
count: 4
count: 5
count: 6
count: 7
count: 8
count: 9
[LWP 2771 exited]
[Inferior 1 (process 2771) exited normally]

好了，现在我们已经知道怎么让程序跑起来了，接下来开始给代码设置断点：

(gdb) b 23
Breakpoint 1 at 0x400d8d: file /home/xiemengjun/gdbfile.go, line 23.
(gdb) run
Starting program: /home/xiemengjun/gdbfile 
Starting main
[New LWP 3284]
[Switching to LWP 3284]

Breakpoint 1, main.main () at /home/xiemengjun/gdbfile.go:23
23	        fmt.Println("count:", count)

上面例子b 23表示在第23行设置了断点，之后输入run开始运行程序。现在程序在前面设置断点的地方停住了，我们需要查看断点相应上下文的源码，输入list就可以看到源码显示从当前停止行的前五行开始：

(gdb) list
18	    fmt.Println(msg)
19	    bus := make(chan int)
20	    msg = "starting a gofunc"
21	    go counting(bus)
22	    for count := range bus {
23	        fmt.Println("count:", count)
24	    }
25	}

现在GDB在运行当前的程序的环境中已经保留了一些有用的调试信息，我们只需打印出相应的变量，查看相应变量的类型及值：

(gdb) info locals
count = 0
bus = 0xf840001a50
(gdb) p count
$1 = 0
(gdb) p bus
$2 = (chan int) 0xf840001a50
(gdb) whatis bus
type = chan int

接下来该让程序继续往下执行，请继续看下面的命令

(gdb) c
Continuing.
count: 0
[New LWP 3303]
[Switching to LWP 3303]

Breakpoint 1, main.main () at /home/xiemengjun/gdbfile.go:23
23 fmt.Println("count:", count)
(gdb) c
Continuing.
count: 1
[Switching to LWP 3302]

Breakpoint 1, main.main () at /home/xiemengjun/gdbfile.go:23
23 fmt.Println("count:", count)

每次输入c之后都会执行一次代码，又跳到下一次for循环，继续打印出来相应的信息。

设想目前需要改变上下文相关变量的信息，跳过一些过程，并继续执行下一步，得出修改后想要的结果：

(gdb) info locals
count = 2
bus = 0xf840001a50
(gdb) set variable count=9
(gdb) info locals
count = 9
bus = 0xf840001a50
(gdb) c
Continuing.
count: 9
[Switching to LWP 3302]

Breakpoint 1, main.main () at /home/xiemengjun/gdbfile.go:23
23 fmt.Println("count:", count)

最后稍微思考一下，前面整个程序运行的过程中到底创建了多少个goroutine，每个goroutine都在做什么：

(gdb) info goroutines
* 1 running runtime.gosched
* 2 syscall runtime.entersyscall 
3 waiting runtime.gosched 
4 runnable runtime.gosched
(gdb) goroutine 1 bt
#0 0x000000000040e33b in runtime.gosched () at /home/xiemengjun/go/src/pkg/runtime/proc.c:927
#1 0x0000000000403091 in runtime.chanrecv (c=void, ep=void, selected=void, received=void)
at /home/xiemengjun/go/src/pkg/runtime/chan.c:327
#2 0x000000000040316f in runtime.chanrecv2 (t=void, c=void)
at /home/xiemengjun/go/src/pkg/runtime/chan.c:420
#3 0x0000000000400d6f in main.main () at /home/xiemengjun/gdbfile.go:22
#4 0x000000000040d0c7 in runtime.main () at /home/xiemengjun/go/src/pkg/runtime/proc.c:244
#5 0x000000000040d16a in schedunlock () at /home/xiemengjun/go/src/pkg/runtime/proc.c:267
#6 0x0000000000000000 in ?? ()

通过查看goroutines的命令我们可以清楚地了解goruntine内部是怎么执行的，每个函数的调用顺序已经明明白白地显示出来了。

小结

本小节我们介绍了GDB调试Go程序的一些基本命令，包括run、print、info、set variable、coutinue、list、break 等经常用到的调试命令，通过上面的例子演示，我相信读者已经对于通过GDB调试Go程序有了基本的理解，如果你想获取更多的调试技巧请参考官方网站的GDB调试手册，还有GDB官方网站的手册。

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