gdb的工作原理

一、gdb简介

　　gdb：GNU debugger
　　UNIX及UNIX-like下一个强大的命令行的调试工具
　　gdb调试的整体架构如下图所示：
　　这里写图片描述
　　可以发现gdb调试不管是本地调试还是远程调试，都是基于ptrace系统调用来实现的　　

二、ptrace

　　ptrace系统调用的原型：

long ptrace(enum __ptrace_request request, \
    pid_t pid,void *addr,void *data);

　　ptrace系统调用提供了一种方法，让父进程可以观察和控制其它进程的执行，检查和改变其核心映像及寄存器。主要用来实现断点调试和系统调用跟踪
　　可通过man手册查看具体使用：man ptrace
　　
　　request参数的主要选项：
PTRACE_TRACEME：由子进程调用，表示本进程将被其父进程跟踪，交付给这个进程的所有信号，即使信号是忽略处理的（除SIGKILL之外），都将使其停止，父进程将通过wait()获知这一情况。

PTRACE_ATTACH： attach到一个指定的进程，使其成为当前进程跟踪的子进程，而子进程的行为等同于它进行了一次PTRACE_TRACEME操作。但是，需要注意的是，虽然当前进程成为被跟踪进程的父进程，但是子进程使用getppid()的到的仍将是其原始父进程的pid。
这下子gdb的attach功能也就明朗了。当你在gdb中使用attach命令来跟踪一个指定进程/线程的时候，gdb就自动成为改进程的父进程，而被跟踪的进程则使用了一次PTRACE_TRACEME，gdb也就顺理成章的接管了这个进程。

PTRACE_CONT：继续运行之前停止的子进程。可同时向子进程交付指定的信号。

三、gdb三种调试方式

1）attach并调试一个已经运行的进程：
确定需要进行调试的进程id
运行gdb，输入attch pid，如：gdb 12345。gdb将对指定进行执行如下操作：ptrace（PTRACE_ATTACH，pid，0,0）
2）运行并调试一个新的进程
运行gdb，通过命令行参数或file指定目标调试程序，如gdb ./test
输入run命令，gdb执行下述操作：
通过fork()系统调用创建一个新进程
在新创建的子进程中调用ptrace(PTRACE_TRACEME，0,0,0）
在子进程中通过execv（）系统调用加载用户指定的可执行文件
3）远程调试目标主机上新创建的进程
gdb运行在调试机，gdbserver运行在目标机，通过二者之间定义的数据格式进行通信

四、gdb调试的基础—信号

　　gdb调试的实现都是建立在信号的基础上的，在使用参数为PTRACE_TRACEME或PTRACE_ATTACH的ptrace系统调用建立调试关系后，交付给目标程序的任何信号首先都会被gdb截获。
　　因此gdb可以先行对信号进行相应处理，并根据信号的属性决定是否要将信号交付给目标程序。
　　
　　1、设置断点： 　　
　　信号是实现断点的基础，当用breakpoint 设置一个断点后，gdb会在=找到该位置对应的具体地址，然后向该地址写入断点指令INT3，即0xCC。
　　目标程序运行到这条指令时，就会触发SIGTRAP信号，gdb会首先捕获到这个信号。然后根据目标程序当前停止的位置在gdb维护的断点链表中查询，若存在，则可判定为命中断点。
　　gdb暂停目标程序运行的方法是想起发送SIGSTOP信号。
　　
　　2、next单步调试：
　　next指令可以实现单步调试，即每次只执行一行语句。一行语句可能对应多条及其指令，当执行next指令时，gdb会计算下一条语句对应的第一条指令的地址，然后控制目标程序走到该位置停止。
　　这里写图片描述

参考：
http://www.spongeliu.com/240.html
http://www.docin.com/p-18618736.html