[Linux] gdb로 디버깅하는 방법(feat. run/attach executable)

💡 본 문서는 'gdb로 디버깅하는 방법'에 대해 정리해놓은 글입니다.
앞서 설명한 gdb에 대한 기본 설명을 읽고 오셨다면 gdb를 사용해야할 때에 대해서는 인지하셨을 거라 생각합니다. 이 문서 내에서는 활용하는 방법 중 먼저 run 방식과 attach 방식을 통해 gdb의 기능들을 살펴보고, 추후 load 방식에 대해 알아보겠습니다.

1. gdb를 익히기 위한 기본 세팅

1.1 C/C++ 파일 생성

매우 단순한 프로그램입니다. 2개의 입력인자를 받아 더하는 방식이네요. 이제 이 코드를 조금씩 분석해 나가며 기능들을 살펴보시죠.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
static int sum(int a, int b)
{
    return a + b;
}
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    int a;
    int b;
    int c;
 
    if (argc != 3)
        return -1;
 
    a = atoi(argv[1]);
    b = atoi(argv[2]);
 
    c = sum(a, b);
    printf("%d\n", c);
 
    return 0;
}​

1.2 C/C++ 파일 빌드

gdb를 사용하려면 컴파일 시 gcc에 -g 옵션을 주어 디버그 정보를 생성해줘야 합니다. 자세한 건 gcc 옵션을 살펴보세요!  만약 빌드 시 Makefile을 이용한다면 CFLAGS+="-g" 옵션을 추가해 주세요!

$ gcc example.c -g -o example

위와 같이 빌드하시면 example 이란 이름의 'ELF 파일'이 생성됩니다. ELF 파일은 리눅스 내부에서의 실행파일이라 생각하시면 편합니다. 또 -v 의 옵션을 주어 빌드하면 다음과 같이 빌드하는 상세 과정을 살펴볼 수 있습니다.

$ gcc example.c -g -v example

이제 gdb를 이용해 ELF 파일(Binary executable)을 분석해봅시다.

1.3 C/C++ 빌드 파일 실행

빌드한 것을 단순히 실행파일처럼 코드를 실행할 수 있습니다.

$ ./example

2. gdb를 활용한 디버깅

2.1 gdb로 ELF파일 실행하기

$ gdb ./example
GNU gdb (Ubuntu 7.11.1-0ubuntu1~16.5) 7.11.1
Copyright (C) 2016 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"
and "show warranty" for details.
This GDB was configured as "x86_64-linux-gnu".
Type "show configuration" for configuration details.
For bug reporting instructions, please see:
<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.
Find the GDB manual and other documentation resources online at:
<http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>.
For help, type "help".
Type "apropos word" to search for commands related to "word"...
Reading symbols from ./example1...done.
(gdb)

+ gdb TUI(Terminal User Interface)로 실행하기

다음과 같이 tui 옵션을 주고 gdb 를 실행하면 terminal 상의 gui인 tui모드로 실행시킬 수 있습니다.

$ gdb -tui ./example

tui로 gdb를 실행시키면 cmd(command)창과 src(Source)창으로 분리되어 gdb 명령어를 수행하면서 동시에 소스코드를 볼 수 있습니다. 현재 실행 중인 라인이 소스창에 표시되어 훨씬 더 디버깅이 수월합니다. gdb command 창에서는 보통 gdb 를 사용하듯이 명령어를 수행하면 됩니다.

만약 소스코드를 화면에 보이는 부분 이외의 부분을 보고 싶을 때는 focus src 라고 명령어를 수행하면 src 창쪽으로 focusing 이 되어 방향키로 위아래 소스를 이동하면서 볼 수 있습니다. 다시 command 창으로 focus 를 이동하고 싶으면 focus cmd 라고 수행하면 됩니다.

추가로, 평소처럼 TUI 기능 말고 gdb 로 디버깅을 하시다가 문득 TUI 모드로 변경하고 싶으시다면, gdb 상태에서 그냥 ctrl+xa 를 누르시면 TUI 모드로 자동 전환됩니다. 

2.2 breakpoint(중단점)

2.2.1 breakpoint(중단점) 생성

확인하고자 하는 중단점이 하나가 아니라 여러개 일 수도 있고 분석이 완료 후 불필요한 중단점을 제거하고자 하는 경우도 있을 겁니다. 그런 경우에는 아래와 같이 해결해줍니다. 중단점 생성은 앞서 말씀드린 중단점 생성하기와 동일합니다.

$ gdb -q example1
Reading symbols from example1...done.
(gdb) b sum
Breakpoint 1 at 0x400570: file example1.c, line 6.
(gdb) b main
Breakpoint 2 at 0x400589: file example1.c, line 15.

break / b 명령어로 중단점을 2개 생성하였습니다. sum 함수와 main 함수를 중단점으로 설정하였습니다. 

2.2.2 중단점 정보 확인하기 (info break)

(gdb) info break
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x0000000000400570 in sum at example1.c:6
2       breakpoint     keep y   0x0000000000400589 in main at example1.c:15

2.2.3 특정 중단점 삭제 (delete / d {breakpoint number})

(gdb) info break
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x0000000000400570 in sum at example1.c:6
2       breakpoint     keep y   0x0000000000400589 in main at example1.c:15
(gdb) d 1
(gdb) info break
Num     Type           Disp Enb Address            What
2       breakpoint     keep y   0x0000000000400589 in main at example1.c:15

2개의 중단점을 설정한 후 delete / d  명령어로 1번 중단점을 제거합니다. 그 후 info break로 설정한 중담점 정보 확인 시 1번 중단점이 제거된 것을 확인할 수 있습니다.

2.3 이외의 Stack frame 분석하는 방법

• [Blog] gdb - 간단한 명령어/사용법/단축어 정리(cheat sheet): https://dining-developer.tistory.com/13

2.4 추가: Recursion Stack frame 분석하는 방법

• [Blog] How to debug stack frames and recursion in GDB: https://developers.redhat.com/articles/2022/06/07/how-debug-stack-frames-and-recursion-gdb#

3. gdb cheat sheet

참고

• [Blog] [gdb] The GNU Debugger : 1. Introduction: https://sonseungha.tistory.com/452
• [opensource] A programmer's guide to GNU C Compiler: https://opensource.com/article/22/5/gnu-c-compiler 
• [Blog] gdb TUI (Text User Interface) – 소스코드보면서 동시에 디버깅하기: http://cloudrain21.com/gdb-tui-text-user-interface
• [Blog] gdb - 간단한 명령어/사용법/단축어 정리(cheat sheet): https://dining-developer.tistory.com/13