! 3% !"# Nazwy programów, polece, katalogów, wyniki działania wydawanych polece.

Transkrypt

1 !"# "! " $%&'%'( )*+,-%''! #! $!%% %.)%%'$*+,-! $%&" /%%! 0%%&'%! ! 3% Czcionka o stałej szerokoci Nazwy programów, polece, katalogów, wyniki działania wydawanych polece. Czcionka o stałej szerokoci pogrubiona Podaje tekst, który naley dosłownie przepisa. W przypadku plików ródłowych wyrónia istotniejsze fragmenty. Czcionka o stałej szerokoci kursyw Tekst komentarza w przykładowych sesjach przy terminalu. Czcionka o stałej szerokoci kursyw pogrubiona Wyrónia istotniejsze fragmenty wyników działania wydawanych polece. opracowali: dr in. Artur Gramacki, dr in. Jarosław Gramacki 1

2 4! 5 Poniej pokazano bardzo prosty program, na bazie którego wykonane zostan wiczenia z podstaw obsługi programu gdb (GNU debugger). Przepisujc ten program naley oczywicie pomin numery linii, które nie s czci pliku ródłowego. Celem przykładowego programu jest próba nadpisania zabronionego obszaru pamici. Po uruchomieniu pojawia si komunikat: Segmentation fault (core dumped). Uwaga: aby na dysku utworzył si plik CORE trzeba wyda polecenie: ulimit -c Podana jako parametr liczba jest maksymalnym rozmiarem pliku CORE w KB - moemy ustawi j dowolnie do potrzeb. Moemy te poda zamiast liczby słowo kluczowe unlimited. Uwaga: administrator moe zabroni uytkownikom ustawia dowolnie du warto pliku CORE. Zapoznajmy si z poniszym tekstem, który został przepisany z oryginalnej dokumentacji GCC- HOWTO: Core files When Linux boots it is usually configured not to produce core files. If you like them, use your shell's builtin command to re-enable them: for C-shell compatibles (e.g. tcsh) this is % limit core unlimited while Bourne-like shells (sh, bash, zsh, pdksh) use $ ulimit -c unlimited Uwaga: wystpujce w przykładach frazy typu $xx (gdzie xx jest pewn liczb całkowit) oznaczaj kolejne lokalne zmienne, które powstaj w wyniku wykonania kolejnych polece debugger a. W twojej sesji liczby te najprawdopodobniej bd zupełnie inne. 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 4 #define BIGNUM // prototypy funkcji 7 void fun_error (int tab[]); 8 9 int main (void) 10 { 11 int tab[10]; 12 fun_error (tab); 13 exit (EXIT_SUCCESS); 14 } void fun_error (int table[]) 17 { 18 int i; 21 } Poniej pokazano przykładow sesj przy komputerze. Pokazuje ona w zasadzie wszystkie te moliwoci programu gdb, które pozwalaj nam zlokalizowa i usun błdy w oprogramowaniu. Celem nabrania wprawy naley powtórzy na własnym komputerze t sesj. Wicej informacji na temat programu gdb mona znale w dokumentacji patrz spis literatury. opracowali: dr in. Artur Gramacki, dr in. Jarosław Gramacki 2

3 KOMPILACJA Kompilujemy przykładowy program. Robimy to bez opcji g. Rozmiar pliku wynikowego wynosi 4883 bajty. $ gcc debug_example.c -o debug_example total 12 -rwxr-xr-x 1 artur users 4883 Apr 3 01:26 debug_example Kompilujemy przykładowy program. Tym razem robimy to z opcj g. Rozmiar pliku wynikowego powiksza si do bajtów. Zawiera on dodatkowo informacje przydatne do póniejszego debugowania. $ gcc -g debug_example.c -o debug_example total 24 -rwxr-xr-x 1 artur users Apr 3 01:26 debug_example Poleceniem ulimit ustawiamy moliwo generowania plików core (tzw. pliki rdzenia). Nastpnie wykonujemy program, który generuje błd ochrony pamici i w efekcie koczy działanie zrzucajc na dysk plik core. Uwaga: administrator moe zabroni uytkownikom ustawia dowolnie du wielko pliku CORE. Wydajc polecenie ulimit a moemy dowiedzie si jakie mamy przyznane limity. Zwykli uytkownicy mog te limity tylko zmniejsza! Wówczas opcja unlimited oczywicie nie zadziała. $ ulimit -c unlimited $./debug_example Segmentation fault (core dumped) total 76 -rw artur users Apr 3 01:27 core -rwxr-xr-x 1 artur users Apr 3 01:26 debug_example ROZPOCZCIE DEBUGOWANIA Rozpoczynamy sesj debugowania. Uywanie pliku rdzenia jest opcjonalne, ale zwiksza moliwo debugowania. Opcja q powoduje, e nie s wywietlane komunikaty licencyjne. Analizujc wynik widzimy, e program wygenerował sygnał 11, który oznacza błd segmentacji. Błd pojawił si prawdopodobnie w linii 20 (wg. pliku ródłowego) i on był powodem niespodziewanego zakoczenia działania programu. $ gdb -q debug_example core Core was generated by `_ ` a b '. Program terminated with signal 11, Segmentation fault. Reading symbols from /lib/libc.so.6...done. Loaded symbols for /lib/libc.so.6 Reading symbols from /lib/ld-linux.so.2...done. Loaded symbols for /lib/ld-linux.so.2 #0 0x in fun_error (table=0xbffffaa4) at debug_example.c:20 Z poziomu debugera uruchamiamy nasz program. Na ekranie widzimy komunikaty w zasadzie identyczne z tymi zapisanymi w pliku core. run opracowali: dr in. Artur Gramacki, dr in. Jarosław Gramacki 3

4 Starting program: /home/artur/c/debug/debug_example Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault. 0x in fun_error (table=0xbffffaa4) at debug_example.c: PRÓBA LOKALIZACJI BŁDU Wydajc polecenie backtrace generujemy tzw. drzewo funkcji, które doprowadziło do błdu segmentacji. Widzimy, e problem rozpoczł si w funkcji main (linia 9) w momencie wywołania funkcji fun_error (w linii 12). backtrace #0 0x in fun_error (table=0xbffffaa4) at debug_example.c:20 #1 0x in main () at debug_example.c:12 Uywajc funkcji list wywietlamy te wiersze z kodu ródłowego, które otaczaj podejrzany fragment kodu (u nas ten w linii 20). Domylnie polecenie list wywietla 10 wierszy. Mona uy polecenia list w takiej formie: list n,m gdzie n i m s odpowiednio pocztkowym i kocowym numerem wiersza, które chcemy wywietli. list 16,22 16 void fun_error (int table[]) 17 { 18 int i; 21 } PODGL DANIE WARTOCI ZMIENNYCH Drukujemy biec warto zmiennej i. Widzimy, e program pracował do momentu, gdy zmienna i osignła warto 343 (na twoim komputerze program moe załama si w innym momencie). print i $1 = 343 Dwa ponisze polecenia pokazuj, e program nie ma dostpu do pamici poczwszy od komórki 343 (to było powodem przedwczesnego zakoczenia działania programu), chocia ma legalny dostp do poprzedniej komórki pamici. print table[i] Cannot access memory at address 0xc print table[i-1] $2 = 342 print $1-1 $3 = 342 Ponisze polecenie NIE wywietli wartoci z tabeli table. Gdy program gdb przyjrzy si elementowi table i zobaczy, e jest to adres pierwszego elementu tablicy, to wywietli ten adres i 9 nastpnych wartoci jako adresy pamici. Uyteczno wyniku jest tu dyskusyjna. opracowali: dr in. Artur Gramacki, dr in. Jarosław Gramacki 4

5 Ogólna składnia polecenia: print gdzie tablica jest nazw tablicy lub obszaru pamici, a numer jest liczb wartoci, które chcemy wywietli. print table@10 $4 = {0xbffffaa4, 0x0, 0x0, 0x , 0x400097c0, 0x40130e58, 0x1, 0x c, 0x0, 0x1} Wywietlamy 5 wartoci. Nawiasy kwadratowe wskazuj, e chcemy rozpocz od okrelonego miejsca w pamici. print table[25]@5 $5 = {25, 26, 27, 28, 29} Wywietlamy 10 pocztkowych wartoci (tablice w C s indeksowane od zera). print table[0]@10 $6 = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9} Moliwe jest te formatowanie wydruku. Przykładowo argument polecenia print mona sformatowa jako liczb dwójkow (jest to ciekawa opcja, gdy w jzyku C nie ma kodu formatujcego argument binarnie!). Inne dostpne kody patrz dokumentacja gdb. print/x table[0]@15 $7 = {0x0, 0x1, 0x2, 0x3, 0x4, 0x5, 0x6, 0x7, 0x8, 0x9, 0xa, 0xb, 0xc, 0xd, 0xe} print/t table[200] $8 = print/t // = 2^32-1; maksymalna warto int $9 = print/t // 2^32 $10 = 0 Polecenie x umoliwia analiz zawartoci pamici. W pierwszej kolejnoci zapytamy si o adres 11-ego elementu (liczc od zera) tablicy table, a nastpnie wywietlimy warto 11-ego i 12-ego elementu tej tablicy w sposób poredni, czyli poprzez adres. (Uwaga: korzystajc z konsoli PuTTY, mona sobie ułatwi wprowadzanie długich elementów zaznaczajc na ekranie myszk jaki fragment, a nastpnie po ustawieniu kursora w podanym miejscu przeniesienie zaznaczonej wartoci poprzez kliknicie prawym przyciskiem myszki) print table+10 $11 = (int *) 0xbffffadc zaznacz to myszk i kliknij prawym klawiszem myszki x/2d 0xbffffadc // /2d wywietl dwa elementy dziesitnie 0xbffffadc: x/2x 0xbffffadc // /2x wywietl dwa elementy szesnastkowo 0xbffffadc: 0x a 0x b Dostp do pamici jest kontrolowany. Przykładowo, wiemy z wczeniejszej analizy, e program zawiesił si przy wpisie do tablicy o indeksie 343. Zawartoci pamici poza tym adresem nie uda si wywietli. print i $12 = 343 print table+342 $13 = (int *) 0xbffffffc // warto typu (int*), czyli adres x/d 0xbffffffc 0xbffffffc: 342 print table+343 $14 = (int *) 0xc // size(int) = 4; 0xbffffffc + 0x4 = 0xc x/d 0xc xc : Cannot access memory at address 0xc opracowali: dr in. Artur Gramacki, dr in. Jarosław Gramacki 5

6 Za pomoc polecenia whatis moemy okreli typ zmiennej lub funkcji. whatis i type = int whatis table type = int * whatis fun_error type = void (int *) USTAWIANIE PUŁAPEK Składnia: break numer_linii break nazwa_funkcji break nazwa_pliku:numer_linii break nazwa_pliku:nazwa_funkcji break numer_linii if wyraenie (pułapka warunkowa, bardzo uyteczne!) break nazwa_funkcji if wyraenie (pułapka warunkowa, bardzo uyteczne!) continue wznawianie wykonywania delete - kasowanie pułapek info breakpoints lista biecych pułapek Zakładamy pierwsz pułapk (warunkow) w linii 20 i uruchamiamy program. break 20 if i == 15 Breakpoint 1 at 0x : file debug_example.c, line 20. run The program being debugged has been started already. Start it from the beginning? (y or n) y Starting program: /home/artur/c/debug/debug_example Program przerwał działanie, gdy zmienna i osignła warto 15. Breakpoint 1, fun_error (table=0xbffffaa4) at debug_example.c:20 Potwierdzamy, e zmienna i rzeczywicie ma warto 15. print i $8 = 15 Gdy zapomnimy gdzie i jakie pułapki s załoone. Przypomni nam o tym polecenie breakpoints. info breakpoints Num Type Disp Enb Address What 1 breakpoint keep y 0x in fun_error at debug_example.c:20 stop only if i == 15 breakpoint already hit 1 time delete 1 Zakładamy drug pułapk (warunkow) w linii 20 i uruchamiamy program. break 20 if i == 15 Breakpoint 2 at 0x : file debug_example.c, line 20. run The program being debugged has been started already. Start it from the beginning? (y or n) y Starting program: /home/artur/c/debug/debug_example Breakpoint 2, fun_error (table=0xbffffaa4) at debug_example.c:20 opracowali: dr in. Artur Gramacki, dr in. Jarosław Gramacki 6

7 print i $15 = 15 Zmieniamy w locie warto zmiennej i. Nadajemy jej warto 12. set variable i = 12 print i $16 = 12 Kontynuujemy wykonywanie programu (krokowo polecenie step). Uwaga: zamiast wpisywa za kadym razem słowo step moemy po prostu naciska ENTER, gdy program gdb pamita ostatnio wydane polecenie. step step print i $17 = 13 step step print i $18 = 14 step step Zmienna i ponownie osignła warto 15, wic uaktywniła si załoona wczeniej pułapka. Breakpoint 2, fun_error (table=0xbffffaa4) at debug_example.c:20 print i $19 = 15 Koczymy prace z debugerem. q A debugging session is active. Do you still want to close the debugger?(y or n) y Informacje dla debugera mona usun z pliku debug_example bez koniecznoci powtórnej rekompilacji programu bez uycia opcji g. Polecenie strip usuwa wszelkie symbole z dowolnego pliku (ang. strip - discard symbols from object files). total 12 -rwxr-xr-x 1 artur users Apr 3 01:26 debug_example $ strip debug_example total 24 -rwxr-xr-x 1 artur users 3056 Apr 3 01:26 debug_example Zauwa, e wielko pliku po zastosowaniu strip debug_example jest mniejsza, ni po kompilacji gcc debug_example.c -o debug_example. Oznacza to, e kompilator "samoistnie" dokłada do pliku wynikowego pewn ilo symboli. opracowali: dr in. Artur Gramacki, dr in. Jarosław Gramacki 7

8 WSKANIKI I ADRESY #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main (void) { int i = 0x81FF0F55; float f = 0.2; float *pf = &f; int *pi = &i; } // dwójkowo liczba 0.2 ma rozwinicie okresowe! Uwaga: po uruchomieniu debugera i wydaniu polecenia run, program poprawnie zakoczy si (gdy w odrónieniu od przykładów uywanych powyej nie jest błdny). Aby wic ponisze polecenie print pi nie zakoczyło si komunikatem: No symbol "pi" in current context. naley ustawi punkt zatrzymania (breakpoint), na przykład na ostatnim nawiasie klamrowym }. list 1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 int main (void) 4 { 5 int i = 0x81FF0F55; 6 float f = 0.2; 7 float *pf = &f; 8 int *pi = &i; 9 return (0); 10 } break 8 Breakpoint 1 at 0x : file debug2.c, line 8. Teraz mona ju kontynuowa wiczenie. Pamitajmy, e pi to wskanik na zmienn i. W wyniku dostajemy wic adres zmiennej a nie jej warto. print pi $2 = (int *) 0xbffffad8 Wywietlamy warto, na któr wskazuje wskanik (dziki przełcznikowi /t wynik jest w postaci dwójkowej). x/t 0xbffffad8 0xbffffad8: Wewntrznie w rejestrach procesora liczba 4. bajtowa reprezentowana jest w postaci zwanej little endian (sposób zapisu słów bajtowych, w którym pierwszestwo ma bajt mniej znaczcy. Mniej znaczcy bajt wystpuje jako pierwszy). Teraz wywietlamy 4 kolejne bajty pamici poczynajc od adresu 0xbffffad8. x/4b 0xbffffad8 0xbffffad8: Poniej pokazano zasad zapisu liczb w konwencji little endian. Warto zmiennej i: opracowali: dr in. Artur Gramacki, dr in. Jarosław Gramacki 8

9 // = 0x81FF0F55 Zamiana kolejnoci słów: Zamiana kolejnoci bajtów w słowach: Zobaczmy jak wyglda wewntrzna reprezentacja liczby zmiennoprzecinkowej 0.2. W zapisie dwójkowym nie da si jej przedstawi dokładnie! Dlaczego? print pf $1 = (float *) 0xbffffad4 x/t 0xbffffad4 0xbffffad4: ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ tu wida okresowo Dla liczb o pojedynczej precyzji (float) niedoskonało zapisu wida ju na 9. miejscu po przecinku. print f $3 = x/f 0xbffffad4 0xbffffad4: Uwaga. Polecenie x wymaga argumentu (adresu pamici). Niepodanie go, spowoduje wywietlenie wartoci pamici z przypadkowego adresu. Prawdopodobnie bdzie to nastpny adres w stosunku do poprzedniego wywołania polecenia x, ale reguły tu nie ma. Na pewno jednak na ekranie pojawi si dziwna warto x/f 0xbffffad5: e-38 "! Warto zapozna si te z nakładkami na gdb (bardzo ułatwiaj prac z debugerem) oraz kompilatorami klasy gcc przeniesionymi na platform Windows (zawieraj graficzne IDE): Literatura cgdb ( dbvi ( lcc-win32 ( darmowy kompilator ( klasy gcc ) dla Windows z bardzo funkcjonalnym interfejsem. DevC++ ( j.w. 1. Polecenia systemowe man gdb, info gdb, man strip 2. Using GDB: A Guide to the GNU Source-Level Debugger, Richard M. Stallman i Roland H. Pesch, July Tene tekst jest dostpny online jako wpis gdb programu info. Wydajc polecenie info gdb -o nazwa-pliku --subnodes moemy cały ten tekst zapisa do pliku tekstowego. 3. GDB Quick Reference, dostpne na stronie WWW prowadzcego. Dwie strony krótkiej ciagawki z polecenia gdb opracowali: dr in. Artur Gramacki, dr in. Jarosław Gramacki 9