关于Linux下调试

关于Linux下调试

无论是内核（操作系统）还是应用程序，都存在需要调试的情况。
所谓工欲善其事，必先利其器。一个好的称手的工具，对于快速分析问题、定位问题，提高效率，非常有帮助。

除了工具，我们需要了解程序调试，到底调试什么？
首先，我们要保证程序正确运行，也就是逻辑要正确，完成预期的功能目标；
其次，我们要保证程序高效的运行，也就是逻辑要合理，以最小的代价完成最多的处理。

对于程序的世界来讲，开发者就是上帝，需要审视自己设计的世界是否按照自己的预期工作了。

代码的执行者是CPU，很多时候调试代码，就是大脑代替CPU跟踪代码的流转。工具，是帮助我们尽可能多的给CPU开窗户，让我们对实际代码逻辑的运行流程看的更清楚。

如果我们对CPU的组成再抽象一下，可以将代码的执行归纳总结如下：

在任意时间点，CPU的执行无非就是下述几种情况：

1 正常顺序执行某一应用进程的代码。关注CPU寄存器，内存进程结构，内存映射结构，进程堆栈区域。
2 正常顺序执行某一内核线程的代码。关注CPU寄存器，内存进程结构，内核堆栈区域。
3 发生中断，保护现场。现场包括CPU寄存器中保存的数据和当前指令地址以及堆栈。关注中断堆栈区域。
4 执行中断中顺序代码。关注中断堆栈区域。
5 执行中断返回代码。释放当前中断堆栈，恢复进入中断前的现场，包括CPU寄存器，下一条指令地址，堆栈等。
6 应用进程中指令跳转或函数调用
7 内核进程中指令跳转或函数调用
8 中断中指令跳转或函数调用
9 从用户空间切换到内核空间，CPU特权模式改变，系统调用传递参数
10 从内核空间返回到用户空间，CPU特别模式改变，系统调用返回
11 主动或被动调度，从应用进程切换到内核进程，切换进程上下文，CPU寄存器，内存，堆栈
12 主动或被动调度，从内核进程切换到应用进程，切换进程上下文，CPU寄存器，内存，堆栈
13 主动或被动调度，应用进程之间或内核进程之间切换，切换进程上下文，CPU寄存器，内存，堆栈

假设CPU可以被暂停，那么，在任何时刻（内核完成初始化），对CPU施法，让其暂停，观察当前的执行环境，都可以归到上面某一条之中

所有对内核和应用的调试技术，都是围绕着上述过程来展开的。
比如，逻辑调试，跟踪流程，统计调试，观察性能，都离不开上述基础。本质上，都是在上述场景中埋点或预留执行空间，插入获取信息的指令，从而得到采样数据。