作為一名開發(fā)者，你是否遇到過這樣的場景：線上程序突然崩潰，當(dāng)你滿心期待地使用 GDB 調(diào)試工具去定位問題時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)可執(zhí)行程序沒有調(diào)試信息，這就好比在黑暗中摸索，卻連手電筒都沒有。這是因?yàn)樵诎l(fā)布程序時(shí)，為了減小可執(zhí)行文件的大小、提高運(yùn)行效率或者出于安全考慮，我們常常會去掉調(diào)試信息?？梢坏┏绦虺隽藛栴}，沒有調(diào)試信息，就很難定位到問題的根源，這給調(diào)試工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。

從經(jīng)驗(yàn)角度出發(fā)，若在項(xiàng)目中遇到此類情況，首先可考慮利用日志記錄來輔助調(diào)試。在關(guān)鍵代碼位置插入打印語句，輸出關(guān)鍵變量值與程序執(zhí)行狀態(tài)信息。例如，在 C++ 程序里，通過自定義日志函數(shù)，像void Log(const std::string& message) { std::cout << message << std::endl; }，在可能出錯的函數(shù)起始、關(guān)鍵分支處調(diào)用該函數(shù)輸出關(guān)鍵信息。并且，為使日志更具價(jià)值，添加時(shí)間戳與線程 ID（針對多線程程序）是不錯的做法，能更清晰地還原程序執(zhí)行路徑。

此外，對于使用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序，運(yùn)用包嗅探工具如 Wireshark，可捕獲網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，分析數(shù)據(jù)交互情況，排查因網(wǎng)絡(luò)通信導(dǎo)致的問題。還可借助系統(tǒng)調(diào)用監(jiān)視器，像 Linux 系統(tǒng)下的 strace 工具，跟蹤程序執(zhí)行過程中的系統(tǒng)調(diào)用，洞察程序?qū)ο到y(tǒng)資源的操作，定位異常點(diǎn)。

Part1.理解 Release 與 Debug版本

GDB調(diào)試分為兩種模式，一種是debug版本，一種是release版本。一般GDB主要調(diào)試的是C/C++的程序。

（1）debug版本：debug版本為可調(diào)式版本，生成的可執(zhí)行文件中包含調(diào)試需要的信息。

（2）release版本：release版本為發(fā)行版本，是提供給用戶使用的版本。

在深入探討如何使用 GDB 調(diào)試不帶調(diào)試信息的可執(zhí)行程序之前，我們先來了解一下 Release 版本和 Debug 版本的區(qū)別。這兩種版本就像是同一輛車的兩種不同配置，Debug 版本像是一輛配置齊全、便于隨時(shí)檢查和維修的測試車，而 Release 版本則像是一輛經(jīng)過精簡和優(yōu)化，追求速度和性能的量產(chǎn)車。

1.1編譯器優(yōu)化差異

Debug 版本通常禁用優(yōu)化，以保留程序的原始結(jié)構(gòu)和邏輯，方便開發(fā)者進(jìn)行調(diào)試。例如，在 GCC 編譯器中，Debug 版本常使用-O0選項(xiàng)，這意味著編譯器幾乎不會對代碼進(jìn)行優(yōu)化，代碼的執(zhí)行順序和變量的訪問方式與源代碼非常接近，就像你在按照菜譜做菜，每一步都清晰可見。

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而 Release 版本則會啟用各種優(yōu)化選項(xiàng)，如-O2、-O3，這些選項(xiàng)會讓編譯器對代碼進(jìn)行大刀闊斧的優(yōu)化，通過減少冗余指令、合并重復(fù)代碼等方式，使程序的執(zhí)行效率大幅提升，就像一位經(jīng)驗(yàn)豐富的廚師，在熟悉菜譜后，能夠靈活調(diào)整步驟，提高做菜的速度和效率。但這也導(dǎo)致了代碼的執(zhí)行順序和變量的訪問方式與源代碼可能有較大差異，給調(diào)試帶來了困難。

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可以明顯看到，生成的.exe文件大小明顯不一樣，而且Debug版本下的文件大小明顯要大于Release版本的。所以Release版本運(yùn)行速度上是最優(yōu)的，以便用戶很好地使用。

所以，我們平時(shí)寫代碼為了方便調(diào)試是要用Debug版本的，當(dāng)我們寫完并調(diào)試完代碼，把代碼發(fā)給用戶的時(shí)候，就給用戶發(fā)Release版本的。

1.2調(diào)試信息有無

Debug 版本包含完整的調(diào)試信息，這些信息就像是地圖上的詳細(xì)標(biāo)注，能幫助開發(fā)者在程序的 “迷宮” 中找到方向。在編譯時(shí)使用-g選項(xiàng)，編譯器會將調(diào)試信息嵌入到可執(zhí)行文件中，包括變量名、函數(shù)名、行號等。而 Release 版本默認(rèn)不包含調(diào)試信息，因?yàn)樵诎l(fā)布程序時(shí)，這些信息對于普通用戶來說沒有用處，反而會增加文件的大小，所以編譯器通常不會使用-g選項(xiàng)，這就好比你拿到了一張沒有標(biāo)注地點(diǎn)的地圖，很難找到自己的位置和目的地。

調(diào)試信息對于調(diào)試的作用至關(guān)重要，它能讓調(diào)試器將程序的執(zhí)行狀態(tài)與源代碼對應(yīng)起來，方便開發(fā)者查看變量的值、跟蹤函數(shù)的調(diào)用等。但同時(shí)，調(diào)試信息也會使二進(jìn)制文件的大小顯著增加，因?yàn)樗舜罅款~外的元數(shù)據(jù)。

1.3斷言機(jī)制不同

斷言（assert ()）是一種在程序開發(fā)中常用的調(diào)試工具，它就像是程序中的 “報(bào)警器”，當(dāng)某個條件不滿足時(shí)，就會觸發(fā)警報(bào)。在 Debug 版本中，斷言通常是啟用的，這有助于開發(fā)者在開發(fā)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)邏輯錯誤。例如，當(dāng)你編寫一個函數(shù)，期望傳入的參數(shù)是一個正數(shù)，你可以使用斷言來檢查參數(shù)是否符合預(yù)期。一旦斷言失敗，程序就會停止執(zhí)行，并給出錯誤信息，就像報(bào)警器響起，提醒你有問題需要解決。

而在 Release 版本中，為了提高程序的執(zhí)行效率，斷言通常是被禁用的，因?yàn)樵谏a(chǎn)環(huán)境中，頻繁的斷言檢查可能會影響程序的性能，就像在正式比賽中，為了追求速度，你可能會關(guān)閉一些不必要的檢測機(jī)制。

1.4二進(jìn)制文件大小對比

Release 版本由于去除了調(diào)試符號、進(jìn)行了代碼優(yōu)化等操作，生成的二進(jìn)制文件通常較小，就像一個精簡版的軟件包，只包含了運(yùn)行所需的核心內(nèi)容。而 Debug 版本因?yàn)榘{(diào)試符號和未優(yōu)化的代碼，文件大小往往較大，就像一個包含了所有開發(fā)工具和文檔的完整軟件包。

例如，一個簡單的 C++ 程序，Debug 版本的可執(zhí)行文件可能有幾十 MB，而 Release 版本可能只有幾 MB，這種大小差異在大型項(xiàng)目中更為明顯。

Part2.調(diào)試信息分離核心

2.1GDB的調(diào)試信息分離機(jī)制

GDB 允許程序的調(diào)試信息和可執(zhí)行文件分離，這就像是將汽車的維修手冊和汽車本身分開存放。當(dāng)可執(zhí)行程序出現(xiàn)問題時(shí)，GDB 會自動查找和加載調(diào)試信息，就像你在需要維修汽車時(shí)，能夠快速找到對應(yīng)的維修手冊。這種機(jī)制的實(shí)現(xiàn)原理是，GDB 通過兩種方式來指定獨(dú)立調(diào)試信息文件：一種是可執(zhí)行文件包含一個調(diào)試鏈接，它會指定獨(dú)立調(diào)試信息文件的名稱；另一種是可執(zhí)行文件包含一個構(gòu)建標(biāo)識符，它是一個唯一的位串，在相應(yīng)的調(diào)試信息文件中也包含這個位串 。

2.2調(diào)試鏈接詳解

調(diào)試鏈接包含兩個關(guān)鍵信息：調(diào)試信息文件的名稱和 CRC 校驗(yàn)和。調(diào)試信息文件的名稱通常為executable.debug，其中executable是相應(yīng)的可執(zhí)行文件的名稱，不帶有前導(dǎo)的目錄名，就像給汽車維修手冊命名時(shí)，直接以汽車型號命名一樣，方便查找。CRC 校驗(yàn)和的目的是為了驗(yàn)證可執(zhí)行程序和調(diào)試文件是否匹配，就像通過鑰匙來驗(yàn)證是否是同一把鎖的配套鑰匙。

在生成調(diào)試鏈接時(shí)，會將調(diào)試信息文件的名稱和 CRC 校驗(yàn)和添加到可執(zhí)行文件中，當(dāng) GDB 調(diào)試時(shí)，會根據(jù)這些信息來查找和加載調(diào)試信息。例如，在編譯生成release with debug info時(shí)，它包含調(diào)試信息，然后把它進(jìn)行調(diào)試信息分離，生成一個可執(zhí)行程序（用a代替）和調(diào)試信息文件（用b代替）。接下來把調(diào)試鏈接做出來，就是在可執(zhí)行程序a當(dāng)中，加上一個鏈接，這個鏈接信息包含調(diào)試信息文件b的名字和 CRC 校驗(yàn)和 。

Part3.案例實(shí)踐：以 Redis 為例的調(diào)試流程

3.1編譯帶調(diào)試信息的可執(zhí)行文件

在編譯 Redis 時(shí)，我們可以使用-O2或-O3優(yōu)化選項(xiàng)來優(yōu)化代碼，提高運(yùn)行效率，同時(shí)使用-g選項(xiàng)添加調(diào)試信息，-DENDEBUG用于禁用斷言（在 Release 版本中通常會禁用斷言以提高性能）。例如：

make CFLAGS="-O2 -g -DENDEBUG"

這樣就會生成一個包含調(diào)試信息的 Redis 可執(zhí)行程序，雖然文件大小可能會有所增加，但為后續(xù)的調(diào)試提供了便利。就像給汽車安裝了一個詳細(xì)的導(dǎo)航系統(tǒng)，雖然增加了一些重量，但能讓你在行駛過程中更清楚地知道自己的位置和方向。

3.2轉(zhuǎn)存調(diào)試信息

接下來，我們使用objcopy工具將調(diào)試信息轉(zhuǎn)存到一個新的文件中。命令如下：

objcopy --only-keep-debug ./src/redis-server redis-server.debug

這條命令會把./src/redis-server中的調(diào)試信息提取出來，保存到redis-server.debug文件中。此時(shí)，redis-server.debug就像是一個裝滿調(diào)試信息的寶箱，里面包含了變量名、函數(shù)名、行號等重要信息。

3.3去除可執(zhí)行程序調(diào)試信息

為了得到一個 “干凈” 的、不包含調(diào)試信息的可執(zhí)行程序，我們使用strip命令：

strip ./src/redis-server -o redis-server

經(jīng)過這一步，redis-server就變成了一個體積更小、運(yùn)行效率更高的裸可執(zhí)行程序，就像一輛去掉了多余裝飾和設(shè)備的賽車，速度更快，但缺少了調(diào)試所需的信息。

3.4添加調(diào)試鏈接

最后，我們要為這個裸可執(zhí)行程序添加調(diào)試鏈接，讓它能夠找到對應(yīng)的調(diào)試信息文件。使用objcopy命令：

objcopy --add-gnu-debuglink=redis-server.debug redis-server

這條命令會在redis-server中添加一個調(diào)試鏈接，鏈接到redis-server.debug文件，就像在賽車的儀表盤上安裝了一個指向維修手冊的指針，當(dāng)賽車出現(xiàn)問題時(shí)，能夠快速找到對應(yīng)的維修手冊。此時(shí)，redis-server雖然不包含調(diào)試信息，但它知道從哪里獲取調(diào)試信息，為后續(xù)的調(diào)試做好了準(zhǔn)備。

3.5用 GDB 調(diào)試

現(xiàn)在，我們就可以使用 GDB 來調(diào)試這個帶有調(diào)試鏈接的可執(zhí)行程序了。啟動 GDB 并加載redis-server：

gdb redis-server

GDB 會自動根據(jù)調(diào)試鏈接找到redis-server.debug文件，并加載其中的調(diào)試信息。在 GDB 中，我們可以使用各種調(diào)試命令，如設(shè)置斷點(diǎn)（break）、查看變量值（print）、單步執(zhí)行（step）等，就像一名經(jīng)驗(yàn)豐富的修理工，使用各種工具對賽車進(jìn)行檢查和維修，從而定位和解決程序中的問題。例如，我們可以在某個函數(shù)處設(shè)置斷點(diǎn)，查看程序執(zhí)行到該點(diǎn)時(shí)變量的值，分析程序的執(zhí)行邏輯是否正確。