PB173 - Binární programování Linux
X. Gdb a ladění výkonnosti
Jiri Slabý
Fakulta informatiky Masarykova univerzita
22. 11. 2016
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
22. 11. 2016
1 120
Ladění
Minule • Ladění funkčnosti ptrace, tracery, ...
O Sdb
• Obrazy paměti
Q Ladění výkonnosti
• Profilování Pokrytí kódu
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU) PB173/05 22. 11. 2016      2120
Sekce 1
gdb
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
22. 11. 2016
3/20
Debugger gdb
• Pracuje s ELFem a DWARFem
• DWARF není nutný, ale usnadňuje ladění 9 Používá systémové volání ptrace
• Sleduje proces
• Upravuje vykonávání Čte a mění paměť
«...
o Podpora Python skriptů
Spuštění: gdb --volby_gdb --args binarka --volby_binarky
• Nápověda: help
• Manuál: GDB User Manuál
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
22. 11. 2016
4/20
gcc a gdb
• gcc generuje různé úrovně ladicích informací
• -gl (méně informací)
• -g2 alias -g
• -g3 (navíc informace o makrech)
• -ggdb (i v kombinaci s -g<cisio>)
• gcc použije i gdb rozšíření, pokud možno
• Demo: makra, gdb a pbi73-bin/io/mac. c
• S optimalizacemi se ladí se obtížněji
9 Proměnné zmizely, konstanty se propagovaly, ...
• Ale bez optimalizací je pomalý kód
• Někdy i nepřeložitelný
• V gcc 4.8 se objevilo -Og (00 < 0g < 01)
Zapíná jen optimalizace, které (příliš) neztěžují ladění
• Nezapína samotnou generaci ladicích informací!
• Používá se v kombinaci s -g...
• Demo: gcc -Q --help=optimizers -Og
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU) PB173/05 22. 11. 2016      5 / 20
Operace s během
• Spustit: run
• Spustit po main: start
• Nutné ladicí informace
• Přerušit: signálem (např. Ctrl-c)
• Pokračovat po návrat z funkce: finish
• Pokračovat: continue
• Krokovat s vnořením: step (po řádcích), stepi (po instrukcích)
• Krokovat bez vnoření: next (po řádcích), nexti (po instrukcích) 9 Konec:quit
• Opakování předchozího příkazu: ENTER
Úkol: spusťte si yes v gdb a přerušte. Vyzkoušejte si finish a continue. Zkuste krokovat po instrukcích hlavní cyklus yes. Poté quit.
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
22. 11. 2016
6/20
Výpisy I.
Výpis
• Zásobníku volání: where
• Pohyb po rámcích zásobníku: up, down
• Zdrojového kódu: list
• Nutné ladicí informace a zdrojový kód
• Assembleru: disassemble
• Ostatní: info registers, info break, info macro, ...
Většina příkazů má parametry - výpis lokací, funkcí, proměnných, registrů atd.
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
22. 11. 2016
7/20
Úkol
Výpisy v gdb
Přeložte Si pbl73-bin/10/debug.c O Spusťte ./debug
• Mělo by dojít k pádu
O Otevřete debug v gdb
O Spusťte (run)
0 Prohlédněte si, kde došlo k pádu (vypište):
• Zásobník volání (where)
• Místo pádu (list s parametrem soubor :radek)
• Disassembly (disassemble s parametrem adresa)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
22. 11. 2016 8/20
Výpisy II.
• Dump (x) a print (p)
• Lze použít s formátováním (x/f a p/f, kde f je formát) Formát jsou tři hodnoty
Počet vypisovaných hodnot O Formát vypisovaných hodnot
x: hexa (podobně jako print f) o d: decimálně
» u: decimálně bez znaménka
• s: řetězec
• a: adresa
• i: instrukce
• Ostatní: viz help x
O Velikost skupiny
• b: 1 bajt (0x00 0x00 0x00 0x00)
• h: 2 bajty (Oxoooo Oxoooo)
• w: 4 bajty (Oxoooooooo)
• g: 8 bajtu (...)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU) PB173/05 22. 11. 2016      9 / 20
Úkol
Výpisy
O Otevřete si znovu program debug v gdb O Spusťte po pád (run) O Vypište
• Adresu aktuální instrukce (p/a $pc)
• 20 instrukcí od aktuální (x/20i $pc)
• 32 hexa byte hodnot na zásobníku ($sp)
• 8 hexa giant hodnot na zásobníku
O Pokuste se najít na zásobníku adresu, kam se vrátí po ret O Proměnnou b (print b)
O Proměnnou argc V main (up a print argc)
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
22. 11. 2016 10/20
Breakpointy
o Zastavení vykonávání v definovaném bodě
• Příkaz: break
• Parametr
• Adresa
• Funkce
• soubor:radek «...
Úkol
O Přidejte breakpoint na začátek main a spusťte (run
• Vyzkoušejte alespoň 2 způsoby
O Krokujte až k pádu (next)
O Zopakujte pro step a také stepi
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU) PB173/05 22. 11. 2016      11 / 20
Další informace
• Spousta dalších informací v info
• functions, types, variables, locals
• sources, line, macros, scope
• symbol threads
• Další viz help info
Demo: thread a pbl73-bin/10/thread.c
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
22. 11. 2016 12/20
Změna běhu
9 set, set variable
• Registry procesoru: $rax, $rbx, ...
• Proměnné gdb: $pc, $sp, ...
• Vnitřní proměnné: $ostatni
• Pro vlastní použití
9 Paměť: {typ}adresa
Demo: thread a parm
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
22. 11. 2016
13/20
Obrazy paměti
9 Jádro může při pádu zapsat obraz paměti („coredump
• Výhoda: žádné zpomalení běhu
Nevýhoda: proces je mrtvý, nelze krokovat apod.
• Nutno zvýšit limit velikosti (bývá 0): ulimit -c
• Cíl, kam se ukládají: sysctl kernel. core_pattern
o Potom se dá analyzovat v gdb
• gdb binarka core_soubor
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU) PB173/05 22.11.2016 14/20
Úkol
Práce s obrazem paměti
O Nastavte limit na obrazy na unlimited (ulimit -c)
O Podívejte se, kam se Obraz Uloží (sysctl kernel. core_pattern)
O Spusťte program z předchozího příkladu Pád by měl vygenerovat coredump
O Otevřete v gdb s obrazem paměti (gdb ./debug path_to_core) O Vypište si podobné informace jako předtím
• where
• print b
• A podobně
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/05
22. 11. 2016 15/20
Sekce 2
Ladění výkonnosti
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/05
22. 11. 2016 16/20
Profilování
Co zabírá nejvíce času při vykonávání?
O gprof
• Při překladu: gcc -pg ...
• Potom se program spustí a data se uloží na disk
• gprof data načte a zobrazí
O perf
• Používá čítače v procesoru (nutná podpora CPU)
• Zahrnuje ve výpisech i chování jádra
• Umí pracovat s gcc -pg binárkami
• Spuštění: perf record -g -- binarka --volby 9 Dokumentace: http: //perf . wiki . kernel. org
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU) PB173/05 22. 11. 2016      17 / 20
Úkol
Profilování
O Projděte Si pbl73-bin/10/prof . c
O Spusťte prof _pg
O Prostudujte výstup gprof -b prof _pg
O Nahrajte si záznam z perf
• perf record -g prof
O Zobrazte si výstup
• perf report -g
O Zopakujte perf pro prof _pg
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU) PB173/05 22. 11. 2016      18 / 20
Pokrytí kódu
Která část kódu se vůbec nevykonává?
• gcov
Při překladu: gcc --coverage . . .
• Potom se program spustí a data se uloží na disk
• gcov data načte a zapíše cov. c. gcov
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/05
22. 11. 2016 19/20
Úkol
Pokrytí kódu
Projděte Si pbl73-bin/10/cov.c
O Spusťte cov
O Prostudujte výstup gcov cov O Prostudujte cov.c.gcov
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/05
22. 11. 2016 20/20