告别编程困惑：GDB、冯诺依曼、操作系统速通指南

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🚩用通俗易懂且不失专业性的文字，讲解计算机领域那些看似枯燥的知识点🚩    

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目录

前言

一、GDB 调试器：程序的 “纠错神器”🛠️

（一）GDB 操作指南📖

二、冯诺依曼体系结构：计算机的 “底层蓝图”🗺️

三、操作系统：计算机的 “大管家”👨‍🏭

（一）操作系统的使命🎯

（二）操作系统的管理智慧🧠

（三）系统调用与库函数：开发的 “助力器”🚀

结尾🎉

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前言

编程的道路上，程序时不时就像调皮的小精灵🧚‍♂️，突然 “闹脾气”，可把不少小伙伴愁坏啦😩。别担心！只要掌握 Linux 调试器 GDB，弄懂计算机底层架构与操作系统原理，这些难题就能轻松化解。现在，就让我们一起踏上探索这些实用知识的旅程吧🧐！

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一、GDB 调试器：程序的 “纠错神器”🛠️

程序发布通常有 debug 和 release 两种模式。

• debug可以调试，形成可执行程序的时候会有调试信息
• release不能调试

在 Linux 系统里，gcc/g++ 编译生成的二进制程序，默认是 release 模式，这种模式下程序跑得飞快，但要是出了问题，排查起来就像在黑暗中摸索，难上加难。

而如果想让 GDB 这位 “调试高手” 来帮忙，在编译的时候就得加上 -g 选项，这就好比给程序戴上了一副 “透视镜”🔍，让问题无处遁形。

 

因此要被gdb调试，必须debug方式发布，必须加 -g

 

（一）GDB 操作指南📖

1. 启动与退出：使用 “gdb binFile” 就能开启调试之旅啦🚀，要是想结束调试，敲下 “ctrl + d” 或者输入 “quit” 就可以和 GDB 说拜拜咯👋。
2. 查看代码：“list／l 行号” 可以接着上次的位置列出 10 行代码，就像有个贴心小助手，按你的要求翻代码页📄；“list／l 函数名” 则能直接列出特定函数的代码，比如调试游戏程序时，用它就能快速看到 “jump” 函数是怎么写的🧐。
3. 运行程序：“r 或 run” 一下，程序就像听到发令枪响的运动员🏃‍♂️，“嗖” 地开始跑起来啦，在赛车游戏里，这就相当于赛车发车咯🏎。
4. 单步执行：“n 或 next” 就像给程序下了个 “慢动作” 指令，让它一次只执行一条语句，方便你一步一步揪出问题小尾巴🐾。(逐语句)
5. 进入函数：“s 或 step” 这个命令超厉害，能像个小侦探一样，带着你钻进函数内部，看看里面到底在搞什么 “小动作”🕵️‍♂️。（逐过程）
6. 设置断点：“break (b) 行号” 可以在指定的行上设个 “关卡”🚧，程序跑到这就会停下来；“break 函数名” 则是在函数开头设卡。要是你觉得 “加速” 函数有点可疑，就在它开头设个断点呗。“info break” 能帮你查看都设了哪些断点，要是设错了，“delete breakpoints” 可以一键删除所有断点，“delete breakpoints n” 能精准删除序号为 n 的那个断点。要是暂时不想让某个断点起作用，“disable breakpoints” 把它 “关禁闭”，后面想用了，“enable breakpoints” 再放它 “出来工作”😜。
7. 操作变量：“print (p) 变量” 或者 “p 变量” 都能打印出变量的值，就像给变量来了个 “X 光透视”，看看它里面装的啥；“print (p)” 还能顺便修改变量或者调用函数，厉害吧！“set var” 则是直接给变量 “改头换面”，让它按照你的新想法来。
8. 其他命令：“finish” 能让程序把当前函数执行完，然后像个听话的孩子一样停下来等你指示🧒；
   “continue (或 c)” 就像你对程序说 “继续跑吧”，它就从当前位置接着跑起来啦；
   “display 变量名” 可以像个小跟班一样，一直盯着某个变量，每次程序停下来都给你汇报变量的值，要是不想让它跟了，“undisplay” 让它 “退下”；
   “until X 行号” 能让程序像会瞬移一样，直接跳到指定的行；
   “disable+断点”可以暂时忽略这个断点，而“enable+断点”则恢复这个断点
   “breaktrace (或 bt)” 能帮你画出程序的 “行动路线图”，看看各级函数都被怎么调用的，带了哪些参数；“info（i) locals” 则是帮你查看当前这个 “小环境” 里局部变量的值。

总结表格：

操作类型	命令	说明
启动与退出	gdb binFile ctrl + d 或 quit	开启调试 🚀/ 结束调试 👋
查看代码	list／l 行号 list／l 函数名	按行号或函数名查看代码 📄
运行程序	r 或 run	启动程序 🏃‍♂️
单步执行	n 或 next	一次执行一条语句 🐾
进入函数	s 或 step	深入函数内部 🕵️‍♂️
设置断点	break (b) 行号 break 函数名 info break delete breakpoints delete breakpoints n disable breakpoints enable breakpoints	设置断点 🚧/ 查看断点 / 删除所有断点 / 删除指定序号断点 / 禁用断点 / 启用断点 😜
操作变量	print (p) 变量 p 变量 set var	打印变量值 🎯/ 打印变量值（简版）/ 修改变量值 🔄
其他	finish continue (或 c) display 变量名 undisplay until X 行号 breaktrace (或 bt) info（i) locals	执行完当前函数返回暂停 🧒 从当前位置继续运行 跟踪变量 📌 取消跟踪变量 跳转到指定行 ⚡ 查看函数调用及参数 🗺️ 查看当前栈帧局部变量值 👀

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二、冯诺依曼体系结构：计算机的 “底层蓝图”🗺️

 先谈硬件，再谈软件，再谈进程

咱们平常使用的电脑，像笔记本、服务器这些，大多都是按照冯诺依曼体系结构来搭建的。这个结构就像是计算机的 “骨架”，支撑着它的各种功能💻。它主要由下面三部分组成：

 

1. 输入单元：像键盘、鼠标这些，就像是计算机的 “耳朵” 和 “眼睛”👂👀，负责把外界的信息传递给计算机，让计算机知道你想干啥。
2. 中央处理器 (CPU)：这可是计算机的 “超级大脑”🧠，运算器就像个超厉害的计算器，能快速处理各种数据运算，控制器则像个指挥官，指挥着计算机各个部分有条不紊地工作。
3. 输出单元：比如显示器、打印机，它们就像计算机的 “嘴巴”👄，把计算机处理好的结果展示给你看。

举个例子👇：

这里要特别注意哦，在冯诺依曼体系里，存储器说的就是内存。CPU 就像个有点 “小傲娇” 的家伙，只愿意和内存 “交流”，外部设备要想和 CPU “说说话”，都得通过内存这个 “中间人” 来传话。就拿 QQ 聊天来说吧，你发消息的时候，通过键盘输入（输入单元），消息就先跑到内存这个 “小驿站” 歇着，然后 QQ 程序在 CPU 这个 “大指挥官” 的指挥下，从内存里把消息拿出来处理，处理完再放回内存，接着通过网络（输出相关功能）发出去给对方。对方收到消息后，也是先把消息放在内存 “驿站”，再由显示器（输出单元）显示出来给对方看。要是发文件，文件数据就像一大包行李，也是先到内存 “驿站”，再处理传输。

总结表格：

组成部分	功能	举例
输入单元	为计算机输入信息 👂👀	键盘、鼠标
中央处理器 (CPU)	运算器负责数据计算，控制器指挥各部分工作 🧠	处理各种数据运算、控制程序流程
输出单元	展示计算机处理结果 👄	显示器、打印机
特殊说明	CPU 仅与内存交互，外设通过内存中转数据 📩	QQ 聊天消息、文件传输

一个程序要运行，必须要先加载到内存中运行？为什么？

为什么我们当时写的进度条，默认显示的数据，是可能会缓存起来？在哪里缓存？

因为冯诺依曼体系结构规定的，硬件要求

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三、操作系统：计算机的 “大管家”👨‍🏭

（是什么）

 

操作系统（OS）就像是计算机系统的 “大管家”，把计算机的各种事务安排得明明白白。它主要包括内核和其他程序两部分。内核负责进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理这些重要的事儿，就像管家的几个得力助手，各自把自己的活儿干得漂亮；其他程序呢，像函数库、shell 程序这些，就像是管家的小工具，帮我们更方便地使用计算机。

（一）操作系统的使命🎯

1. 管理资源：和硬件打交道，合理安排软硬件资源，就像管家要把家里的东西都安排得井井有条，让它们都能发挥自己的作用。
2. 提供环境：给应用程序打造一个舒适、稳定的 “小窝”，让它们能顺顺利利地运行，就像音乐软件能在操作系统提供的环境里流畅播放音乐🎵。

 

（二）操作系统的管理智慧🧠

操作系统会用 struct 结构体来给硬件做个详细的 “档案”📄，就像给每个硬件发了一张 “身份证”，上面记录着各种信息。然后再用链表等数据结构把这些 “身份证” 整理好，方便管理，这样就能快速找到需要的硬件信息啦。

（三）系统调用与库函数：开发的 “助力器”🚀

（为什么）

从开发的角度看，操作系统就像一个神秘的大宝藏，它打开一些小窗口，这些窗口就是系统调用，开发者可以通过这些窗口和操作系统互动。不过系统调用的功能比较基础，就好比给了你一些基础材料，让你自己动手做东西，对开发者要求有点高。这时候，聪明的开发者就把这些基础材料加工了一下，做成了库函数，库函数就像已经组装好的高级工具，用起来更方便，让上层开发变得轻松不少。比如说，盖房子的时候，系统调用给你的是砖头、水泥这些基础材料，库函数就像是已经做好的预制板，直接用就行，是不是方便多啦😃。

（怎么做后文再讲解）

总结表格：

分类	内容	说明
操作系统组成	内核 其他程序	管进程、内存等关键任务 👨‍💼 如函数库、shell 程序辅助使用计算机 🛠️
操作系统使命	管理资源 提供环境	与硬件交互管理资源 🛠️ 保障应用程序稳定运行 🎵
管理方式	struct 结构体描述硬件 链表等组织硬件	为硬件做 “身份证” 📄 实现高效管理 📁
开发相关	系统调用 库函数	基础功能，对开发者要求高 🧐 封装系统调用，方便上层开发 😃

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结尾🎉

好啦，小伙伴们！今天咱们一起探索了 GDB 调试、冯诺依曼体系和操作系统的奇妙世界。

希望这些知识能成为你们编程路上的 “秘密武器”，以后遇到问题，再也不怕不怕啦💪！祝愿大家在编程的海洋里乘风破浪，编写出超酷炫的程序哦🌈！

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