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GDB：从单线程调试到多线程调试（MFiX单步调试）
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GDB：从单线程调试到多线程调试
1. 裸跑GDB
1.1 安装GDB
sudo apt-get install gdb
1.2 编译程序
由于需要调试，因此编译的时候需要添加-g编译参数：
进入上面那个界面以后，说明正常启动GDB了，目前只是GDB启动了，程序还没有跑起来，输入run可以让程序跑起来，但是这样程序就直接执行结束了，没有被逐行调试，没什么意义，因此通常需要先打断点，再启动程序。下面先列出常用的命令： 命令简写形式说明 list l 查看源码（后面可以接数字，表示查看该行附近的源码） next n （执行完该行后）跳到下一行，遇到函数直接执行完成 step s （执行完该行后）跳到下一行，遇到函数会进入 finish 运行到函数结束 continue c 继续运行（如果后面没有断点，则一直执行到函数结束） break b 打断点（d 行号，或d函数名） info breakpoints 显示断点信息（比如目前有几个断点，是否被启用等等） delete d 删除断点（delete 断点编号：删除某一断点，delete：删除所有断点） print p 打印变量值（p 代码中变量名：打印代码中变量的值） info locals 打印当前所在函数局部变量的值 run r 启动程序（设置完断点后用该命令启动程序） until u 执行到指定行 info i 显示信息 help h 显示帮助信息（如：help list） quit q 退出GDB !(shell命令) 在GDB里执行shell命令，第4.2节会用到 shell (shell命令) 同上 1.5 简单示例用GDB运行程序： 原生的GDB由于没有独立显示代码的窗口，调试比较麻烦，需要不断l来显示代码，CGDB是GDB的加强版，下载链接为：http://cgdb.github.io/按照教程安装即可，注意configure的时候添加参数： CXXFLAGS='-std=c++11' ./configure --prefix=/usr/local因为新版CGDB是用C++11编写的，不添加前面的参数可能会报错，其他的按照官网步骤即可。 2.2 配置使用规则和GDB基本一致，不同的是有两个窗口，不过默认的是上下分屏，不太好看，这里先配置一下：[谷歌接口报错]：1.网络错误或者文本过长。2.谷歌接口可能对于某些网络不能用，具体不清楚。可以尝试挂VPN试试。3.这个问题我没办法修复，请右键菜单更换百度、腾讯翻译接口。 vim ~/.cgdb/cgdbrc默认没有这个文件，自己用vim填写一下： :set ignorecase :set ts=4 :set wso=vertical :set hls map :until代表的含义依次是：大小写不敏感；tab对应4个空格；分屏为左右垂直分屏；搜索高亮；F11快捷键，用于跳出循环（默认没有这个快捷键） 2.3 使用在命令行输入 cgdb bugging后进入如下界面： 可以先按esc进入源码界面，然后用快捷键控制单步运行，这样操作方便很多。有如下常用快捷键： F5 - Send a run command to GDB.（相当于r） F6 - Send a continue command to GDB.（相当于c） F7 - Send a finish command to GDB.（相当于f） F8 - Send a next command to GDB.（相当于n） F11 - 跳出循环（自己配置的快捷键） F10 - Send a step command to GDB.（相当于s） 3. CGDB单线程调试运行MFiX（gdb命令行参数） 可以用CGDB来单步调试mfix代码。这里使用的是mfix-19.1，常规的运行命令为： ./mfixsolver -f mfix.dat 如果用CGDB调试，首先： cgdb mfixsolver 进入GDB界面： 由于Fortran代码没有提供高亮，因此左侧代码没有花花绿绿的效果，先凑合用。然后打断点，运行mfix。注意需要添加命令行参数：
run -f mfix.dat
 
注意，如果要打印module里的变量，需要带上module名称，例如 p module_name::var. 参考：https://stackoverflow.com/questions/10264329/fortran-module-variables-not-accessible-in-debuggers 然后可以用之前设置的快捷键单步调试mfix程序。注意主循环逻辑都在RUN_MFIX函数里，因此要进入到这个函数里才能进一步单步调试循环过程。最后通过单步调试可以找到循环迭代的位置，在RUN_MFIX这个subroutine里： 多线程（MPI）调试调试一直都是个很麻烦的事情，虽然有专业的多线程调试软件，但是一般都是收费的。这里提供一种在GDB下的方法。主要是先在函数里人为添加一个死循环，然后用GDB attach到这些进程，然后通过set环境变量的方式使其退出循环，并接管程序，进行单步调试。 4.1 添加死循环首先有下面一段程序： #include #include #include const int MAX_STRING = 100; int main(void){ char greeting[MAX_STRING]; int comm_sz; int my_rank; MPI_Init(NULL, NULL); MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD, &comm_sz); MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD, &my_rank); #ifdef MPI_DEBUG int gdb_break = 1; while(gdb_break) {}; #endif if(my_rank != 0){ sprintf(greeting, "Greetings from process %d of %d!", my_rank, comm_sz); /* int MPI_Send( void* msg_buf_p, //发送消息的缓冲区（内存首地址） int msg_size, //发送消息的缓冲区大小（数据个数） MPI_Datatype msg_type, //发送数据类型 int dest, //数据目的地，这里是0号进程 int tag, //标签，非负int。比如同样的数据类型，有的用来打印有的用来计算，只通过前面四个 参数无法区分 MPI_Comm communicator //通讯子，指定通讯范围 ); */ MPI_Send(greeting, strlen(greeting)+1, MPI_CHAR, 0, 0, MPI_COMM_WORLD); }else{ printf("Greetings from process %d of %d!\n", my_rank, comm_sz); for(int q = 1; q < comm_sz; q++){ /* int MPI_Recv( void* msg_buf_p, //接收消息的缓冲区 int buf_size, //接收消息的缓冲区大小 MPI_Datatype buf_type, //接收消息的类型 int source, //消息从哪里发过来 int tag, //标签，与发送过来的标签一致 MPI_Comm communicator, //通讯子，指定通讯范围 MPI_Status* status_p //通常赋值MPI_STATUS_IGNORE即可 ); */ MPI_Recv(greeting, MAX_STRING, \ MPI_CHAR, q, 0, MPI_COMM_WORLD, MPI_STATUS_IGNORE); printf("%s\n", greeting); } } MPI_Finalize(); return 0; }我在代码的前面加了这样一句： #ifdef MPI_DEBUG int gdb_break = 1; while(gdb_break) {}; #endif这样，我在编译的时候添加参数-DMPI_DEBUG，运行的时候就能停在这个循环处：
现在我们启动这个程序： 现在#2和#3都以管理员身份进入CGDB： sudo cgdb
在GDB里调用shell，查看a.out的进程号： (gdb) !ps aux | grep a.out
ps aux是显示所有进程信息，|是管道符，把结果传给grep，筛选出含有a.out内容的部分。可以看到，进程号971和972对应的是a.out的两个进程，通常进程号小的是0号进程。 4.5 GDB attach到进程找到进程号，就可以让GDB attach过去，然后接管程序的运行。 分别让#2和#3 attach到971进程和972进程。 4.6 跳出死循环可以看到，现在这两个进程都停在了19行while这个地方，现在让程序跳出循环： (gdb) set gdb_break = 0
现在GDB已经接管程序了，可以用n往下执行代码了： 这是#2（也即0号进程）的执行结果，已经跳出循环。下面多执行几步： 可以看到进入0号进程的逻辑，并打印输出。继续执行： 这里程序进入等待状态，等待#2发送消息。当#2发送完消息： #1则收到#2发来的消息，并退出等待，可以继续往下运行： 继续执行#1： #1也即0号进程，打印出#2发来的数据，并再次进入for循环，如果此时还有别的进程发来消息则会继续，但是这里一共只有两个进程，因此只会收到1号进程发来的消息。当两个进程都全部执行完后，整个程序执行结束： [1] 实验楼《GDB 简明教程》[2] CSDN 《cgdb的介绍和使用》[3] GitHub （CGDB编译报错解决）[4] CSDN 《gdb调试 -带有命令行参数》[5] 知乎《终端调试哪家强？》[6] CGDB中文手册《CGDB配置命令》[7] segmentfault《MPI并行程序的调试技巧》 |
查看源码：
打断点后运行：
然后就可以配合n、s和p来一步步调试源码了。
左侧为源码，右侧为CGDB调试界面，命令基本和GDB一致。按键盘esc可以进入源码界面，用vim的操作方式控制方向；按键盘i又重新回到gdb的调试界面。
现在的程序由于进入死循环，因此停在这里。下面我们另外再打开两个terminal，并进入GDB。为了方便说明，上面的运行程序的terminal编号#1，另外打开的两个terminal分别编号#2, #3。
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