Linux中的调试器gdb与冯·诺伊曼体系

一、Linux中的调试器：gdb

1.1安装与版本查看

可以使用yum进行安装：

yum install -y gdb

版本查看：使用指令

gdb --version

1.2调试的先决条件：release版本与debug版本的切换

debug版本：含有调试信息

release版本：无调试信息

如果我们需要进行调试，则必须选择debug版本

gcc/g++默认的是release版本，如果要更浑阿伟debug，需要在gcc后加上-g选项

如：

可执行程序的具体信息可以利用

file+[可执行程序]

来进行查看（debug和release模式在ubuntu系统下会有信息上的区别，但CentOS只能看到程序大小上的差距）

1.3调试的使用

进入gdb的指令：

gdb+[可运行程序]

1.3.1简单的使用

一般我们在VS2022调试过程中，用到的功能主要是（冒号后就是对应的指令）

打断点：b

删断点：d

运行到第一个断点处:r

一个断点运行到下一个断点：c

F10逐过程:n

F11逐语句:s

监视窗口:display/p

1.3.2具体的调试指令

①查看代码（推荐使用cgdb）

1>l+[行号] 可以一次展示十行代码，会尽量展示行号上下五行

2>l+[函数名] 列出指定函数位置的上下五行代码

3>l+[文件名]+[行号] 列出指定文件 对应行号的上下五行

注：gdb会默认记录最近的一次指令，直接回车就继续/重新执行它

②断点设置/删除

1>打断点

b+[行号]

b+[文件名]+[行号]

b+[文件名]:[函数名]

2>查看断点信息

info b

可以查看对应断点的编号

3>删除断点

d+[断点序号]

注：在一次调试下，断点的序号只会线性递增

4>禁用断点

disable+[断点序号]

5>启用断点

enable+[断点序号]

③启动程序

1>断点间运行

r

直接开始运行，运行第一个断点，没有的话到结束

c

是continue的简写，从一个断点运行到下一个断点（如果遇到错误，会告知错误在哪一行）

2>逐步调试

n

是next的简写，相当于VS2022中的F10，逐过程运行(单步执行，不进入函数内部)

s

是step的简写，相当于VS2022中的F11，逐语句调试，可以进函数

3>运行函数栈的查看

bt

可以查看函数栈（所谓函数栈其实就是当前调用函数列表，在汇编层面需要借助栈这种数据结构来辅助组织函数的调用与返回）

4>变量名的展示

display+[变量名]

相当于调试的监视窗口，之后n的时候会自动显示

p+[变量名]

相当于调试的监视窗口，之后n的时候不会自动显示（但是p可以用来查表达式）

info locals

自动监视窗口，一次性查看

undisplay+[监视列表中变量的序号]

不同于添加监视使用变量名，undisplay使用的是监视列表中的序号来确定移除对哪一个变量的监视

watch+[变量名]

对一个变量添加隐式监视，在变量值改变的时候会停止运行并显式部分内容，未改变则不会显示

他也类似于一种断点，会有编号，删除方式与普通断点相同

4>快速执行

until+[行数]

快速执行/回退到对应行

finish

快速执行完当前函数

④退出调试

quit

退出调试模式

⑤调试期间修改值

set var [变量=？]

如set var i=5;

这个功能支持我们运行中进行修改尝试

1.3补：条件断点

条件断点打法有两种

①新增

b+[行号]+if+[条件]

如

b 11 if n==6

②为已有的断点添加条件

condition+[断点编号]+[条件]

如condition 2 n==6

1.4更方便的cgdb（推荐）

依旧可以使用yum进行安装

yum install -y cgdb

他与gdb唯一的区别就是将代码和终端同时展示

gdb：

cgdb：

 

 在cgdb中，可以使用ESC键切换光标到上窗口，再按i键返回命令行中

1.5调试过程遇到问题的处理

1.5.1首先明确调试的本质

调试本质上是为了找到并定位问题，而解决问题的是程序员

1.5.2结合例子理解

假如在代码中添加一个除以0的错误

 运行到最后会提示

打印的是inf这样一个未知的值 ，由此可以定位到f的计算过程有问题，进而进行修改

1.5.3调试过程推荐的指令组合

cgdb中比较常用的一个组合是：断点+finish+until+c

用来对大的代码块区间进行debug

二、冯·诺伊曼体系

2.1体系结构图示

①输入设备： 如键盘，鼠标，网卡，磁盘（又名外存），摄像头等等

②输出设备：如显示屏，磁盘，网卡，打印机等等

③存储器：就是内存

④CPU：由运算器和控制器构成

2.2分析体系结构得出的结论

控制信号上：CPU可以直接与输入/输出设备进行交互

数据信号上：不管是从键盘读取数据交给CPU处理，还是从磁盘读取数据供运算需要，都要经历内存才能到达CPU

总结可以得出结论：

①CPU在数据层面，不与外设直接打交道，只会和内存进行交互

因此：任何程序在运行的时候，都必须先（从磁盘）加载到内存

例如一个二进制程序本质上是一个文件，文件存储在磁盘中，磁盘是一种外部设备

②Input本质上就是从输入设备向存储器传输的过程 

Onput本质上就是从存储器向输出设备传输的过程 

 

2.3冯诺依曼体系在实践中的体现

例如张三和李四通过自己的电脑在两地间通信：

这期间他们每个人都是一个冯诺依曼体系，张三写的消息经过内存加密后，Output到网卡中

然后通过网络将加密消息发送到李四的网卡中，然后Input到内存中进行解密，最后加载到显示器上

综上，数据在不同计算机内部流转的时候，本质是在不同的设备间进行拷贝

2.4为什么要有内存（即存储器位置）

假设没有内存，那么就会变成这样：

CPU直接和外设打交道，会因为木桶效应：虽然CPU的效率远高于外设，但是外设的效率很低，所以会造成总体效率很低，因此需要通过在CPU和外设之间一个“巨大的缓存”来避免CPU直接和外设打交道

那为什么这个“巨大的缓存”必须是内存呢？

其实它的功能也可以通过寄存器或者三级缓存来实现，

但他们的造价太高了，平常人难以负担，计算机就无法普及大众

存储金字塔：

 因此，正因为有了内存，才有如今互联网的局面