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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：
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
gdb凭什么可以调试一个程序？凭什么能够接管一个程序的运行？我以前也想过这样的问题，但是后来居然忘记去查看了。我想到了我们的二进制翻译器，想到了intel的pin，Dynamo。这些都是将翻译后的代码放到codecache中去运行，然后接管整个程序的执行。gdb是不是也一样呢？
如果真是这样，为什么我记得用gdb跑一个程序，这个程序会有一个单独的进程？gdb的attach功能又是怎么实现的？
其实，很简单，通过一个系统调用：ptrace。ptrace系统调用的原型如下：
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
其实，说到这里，一切原理层面应该都比较明朗了（且先不去管内核中是怎么实现ptrace的）。gdb就是调用这个系统调用，然后通过一些参数来控制其他进程的执行的。
面我们来看ptrace函数中request参数的一些主要选项：
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。
这 是什么意思呢？我们可以结合到gdb上来看。如果在gdb中run一个程序，首先gdb会fork一个子进程，然后该子进程调用ptrace系统调用，参 数就是PTRACE_TRACEME，然后调用一个exec执行程序。基本过程是这样，细节上可能会有出入。需要注意的是，这个选项PTRACE_TRACEME是由子进程调用的而不是父进程！
以下选项都是由父进程调用：
PTRACE_ATTACH：attach到一个指定的进程（进程D），使其（进程D）成为当前进程（进程G）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（进程G）成为被跟踪进程（进程D）的父进程，但是子进程（进程D）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。
这个选项呢，其实就相当于gdb中的continue命令。当你使用continue命令之后，一个被gdb停止的进程就能继续执行下去，如果有信号，信号也会被交付给子进程。
除了以上这几个选项，ptrace还有很多其他选项，可以在linux下阅读man手册：man ptrace
需要注意的另一点是，使用gdb调试过多线程/进程的人应该都知道，当子进程遇到一个信号的时候，gdb就会截获这个信号，并将子进程暂停下来。这是为什么呢？
实 际上，在使用参数为PTRACE_TRACEME或PTRACE_ATTACH的ptrace系统调用建立调试关系之后，交付给目标程序的任何信号（除 SIGKILL之外）都将被gdb先行截获，或在远程调试中被gdbserver截获并通知gdb。gdb因此有机会对信号进行相应处理，并根据信号的属 性决定在继续目标程序运行时是否将之前截获的信号实际交付给目标程序。
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。
参考：
http://www.spongeliu.com/240.html
http://www.docin.com/p-18618736.html
参考原文：