[CppCon 2015] recording w gdb

Fajny lightning talk na zeszłorocznej konferencji CppCon 2015 traktujący o przydatnych trikach w procesie debugowania programu:



Postanowiłem przećwiczyć sobie kilka mechanizmów. Najciekawszą rzeczą dla mnie był record, który umożliwia odtworzenie wartości pamięci przy reverse debug-u. Szczególnie przydatny, gdy program pisze po stosie i nie można odtworzyć pechowej sekwencji instrukcji z core dumpa. Linki:

• Give Me 15 Minutes and I'll Change Your View of GDB - Greg Law - CppCon 2015.pdf
• https://sourceware.org/gdb/wiki/ProcessRecord/Tutorial
• https://sourceware.org/gdb/onlinedocs/gdb/Process-Record-and-Replay.html

Przykładowy program, który w chwili, gdy zostanie wylosowana wartość 4, dla zmiennej v, zaczyna pisać po stosie.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

void overflow(int v)
{
    char t[10];

    if (v == 4)
    {
        for (int n = 0; n < 10000; n++)
            t[n] = 'A';
    }
}

int main()
{
    srand(time(0));

    int i;
    do
    {
        i = rand() % 10;
        printf("i is now %d\n", i);
        int v = rand() % 100;
        overflow(v);
    } while(i != 5);

    return 0;
}

Kompilacja, konfiguracja i uruchomienie, trzeba pamiętać o ustawieniu rozmiaru ulimit dla core dump-ów, domyślnie jest to bowiem wartość 0.

ulimit -a 
ulimit -c unlimited 
ulimit -a 

gcc -g main.cpp
while ./a.out ; do echo "OK"; done
gdb a.out -c core

Wynik:

i is now 3
i is now 2
Segmentation fault (core dumped)

Stos został uszkodzony, w tym przypadku widać ślad po ostatniej instrukcji i z jaką wartością została wykonana, ale w przypadku bardziej skomplikowanych struktur danych, może być to kłopotliwe.

Core was generated by `AAAAAAAA'.
Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault.
#0  __GI_getenv (name=0x7f15a332b3c2 "BC_FATAL_STDERR_", name@entry=0x7f15a332b3c0 "LIBC_FATAL_STDERR_") at getenv.c:84
84  getenv.c: No such file or directory.
(gdb) p i
No symbol "i" in current context.
(gdb) p v
No symbol "v" in current context.
(gdb) p t
No symbol "t" in current context.
(gdb) bt
#0  __GI_getenv (name=0x7f15a332b3c2 "BC_FATAL_STDERR_", name@entry=0x7f15a332b3c0 "LIBC_FATAL_STDERR_") at getenv.c:84
#1  0x00007f15a31d7ef2 in __GI___libc_secure_getenv (name=name@entry=0x7f15a332b3c0 "LIBC_FATAL_STDERR_")
    at secure-getenv.c:29
#2  0x00007f15a321549a in __libc_message (do_abort=do_abort@entry=1, 
    fmt=fmt@entry=0x7f15a332cc7f "*** %s ***: %s terminated\n") at ../sysdeps/posix/libc_fatal.c:80
#3  0x00007f15a32b689c in __GI___fortify_fail (msg=<optimized out>, msg@entry=0x7f15a332cc61 "stack smashing detected")
    at fortify_fail.c:37
#4  0x00007f15a32b6840 in __stack_chk_fail () at stack_chk_fail.c:28
#5  0x00000000004006bb in overflow (v=4) at main.cpp:14
#6  0x4141414141414141 in ?? ()
#7  0x4141414141414141 in ?? ()

Próba odtworzenia problemu z wykorzystaniem record. gdb przechowa zawartość pamięci, z kolejnych kroków wykonania programu, dzięki czemu można się cofnąć, o jedną komendę (reverse-next), na sam początek nagrywania (reverse-continue), lub skorzystać z innych bliźniaczych komend (reverse-*).

Inne udogodnienia, z których skorzystałem to warunkowy breakpoint w linii 3 (b 26 if v == 4), który zachodzi, gdy zmienna v będzie miała ustawioną wartość na 4. Oraz command, który zostaje wykonany w momencie zatrzymania programu (linie 12-17). Pierwszym argumentem command jest numer porządkowy breakpoint-a, który można uzyskać z info break.

gdb a.out

(gdb) b 26 if v == 4
Breakpoint 1 at 0x400748: file main.cpp, line 26.
(gdb) b 11
Breakpoint 2 at 0x400686: file main.cpp, line 11.
(gdb) info break
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x0000000000400748 in main() at main.cpp:26
 stop only if v == 4
2       breakpoint     keep y   0x0000000000400686 in overflow(int) at main.cpp:11
(gdb) command 1
Type commands for breakpoint(s) 1, one per line.
End with a line saying just "end".
>record
>continue
>end
(gdb) r
Starting program: /home/user/cpp_gdb_test/a.out 
i is now 9
i is now 7
i is now 2
i is now 3
i is now 3
i is now 9
i is now 9

Breakpoint 1, main () at main.cpp:26
26         overflow(v);

Breakpoint 2, overflow (v=4) at main.cpp:11
11         for (int n = 0; n < 10000; n++)
(gdb) 
(gdb) bt
#0  overflow (v=4) at main.cpp:11
#1  0x0000000000400752 in main () at main.cpp:26
(gdb) reverse-next
9     if (v == 4)
(gdb) 
6 {
(gdb) 

No more reverse-execution history.
main () at main.cpp:26
26         overflow(v);
(gdb) p i
$5 = 9