开发一个Linux调试器（二）：断点

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ithorizon 7个月前 (10-06) 阅读数 38 #Linux

开发一个Linux调试器（二）：断点

在调试器开发中，断点是一个非常重要的功能。它允许开发者或用户在程序执行到特定位置时暂停程序的执行，以便进行检查和调试。本篇文章将介绍怎样在Linux环境下开发一个简洁的调试器，并实现断点功能。

1. 断点的基本概念

断点是指在程序执行过程中设置的一种机制，当程序执行到这个位置时，调试器会自动暂停程序的执行，以便进行下一步操作。断点通常分为以下几种类型：

行断点：在程序代码的某一行设置断点。

函数断点：在程序中的某个函数设置断点。

条件断点：在程序中的某个条件满足时设置断点。

硬件断点：在CPU的指令集级别设置断点。

本篇文章将核心介绍行断点的实现。

2. 断点实现原理

断点的实现核心依赖性于操作系统的内核。在Linux系统中，可以通过修改程序的内存来设置断点。以下是设置断点的基本步骤：

定位要设置断点的内存地址。

读取该内存地址处的指令。

将指令修改为中断指令（例如，int 3）。

将修改后的指令写回内存地址。

当程序执行到这个地址时，CPU会执行中断指令，从而触发调试器中断程序执行。

3. 实现断点功能

以下是一个简洁的Linux调试器实现断点功能的示例代码：


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#define BREAKPOINT 0x00000000
int main(int argc, char *argv[]) {
    int pid;
    char *ptr;
    // 创建子进程
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (pid == 0) { // 子进程
        // 执行程序
        execl(argv[1], argv[1], NULL);
        perror("execl");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else { // 父进程
        // 等待子进程执行
        wait(NULL);
        // 获取子进程的内存映射
        ptr = mmap(NULL, sizeof(BREAKPOINT), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, pid, BREAKPOINT);
        if (ptr == MAP_FAILED) {
            perror("mmap");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        // 设置断点
        *(int *)ptr = int3; // int3是中断指令
        // 继续执行子进程
        kill(pid, SIGCONT);
        // 等待子进程触发中断
        wait(NULL);
        // 恢复断点
        *(int *)ptr = 0;
        // 打印调试信息
        printf("Breakpoint hit at address %p ", (void *)ptr);
        // 释放内存映射
        munmap(ptr, sizeof(BREAKPOINT));
    }
    return 0;
}

在这个示例中，我们首先创建了一个子进程，然后使用`mmap`函数将子进程的内存映射到当前进程。接着，我们将映射的内存地址处的指令修改为`int 3`中断指令，从而设置了一个断点。最后，我们通过`kill`函数发送`SIGCONT`信号给子进程，使其继续执行，并在执行到断点时触发中断，从而进入调试器。