Incorporando breakpoints GDB ao código C

Alguma vez você já quis inserir breakpoints do GDB no código C?

int main() {
    printf("Hello,\n");
    EMBED_BREAKPOINT;
    printf("world!\n");
    EMBED_BREAKPOINT;
    return 0;
}

Uma maneira é inserir diretamente a instrução do breakpoint do seu CPU. Em x86:

#define EMBED_BREAKPOINT  asm volatile ("int3;")

Há pelo menos dois problemas com essa abordagem:

• Eles não são breakpoints do GDB reais. Você não pode desativá-los, contar quantas vezes foram atingidos etc.
• Se você executar o programa fora GDB, a instrução de breakpoint irá travar o seu processo.

Aqui está um pequeno hack que resolve os dois problemas:

#define EMBED_BREAKPOINT \
    asm("0:"                              \
        ".pushsection embed-breakpoints;" \
        ".quad 0b;"                       \
        ".popsection;")

Colocamos um label no fluxo de instruções e salvamos o seu endereço na seção linker embed-breakpoints.

Então, precisamos converter esses endereços em comandos breakpoint do GDB. Escrevi uma ferramenta que faz isso, como um wrapper para o comando gdb. Veja como ela funciona, no nosso exemplo inicial:

$ gcc -g -o example example.c

$ ./gdb-with-breakpoints ./example
Reading symbols from example...done.
Breakpoint 1 at 0x4004f2: file example.c, line 8.
Breakpoint 2 at 0x4004fc: file example.c, line 10.
(gdb) run
Starting program: example 
Hello,

Breakpoint 1, main () at example.c:8
8           printf("world!\n");
(gdb) info breakpoints
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x00000000004004f2 in main at example.c:8
        breakpoint already hit 1 time
2       breakpoint     keep y   0x00000000004004fc in main at example.c:10

Se rodarmos o programa normalmente, ou em GDB sem o wrapper, os argumentos EMBED_BREAKPOINT nada farão. Os endereços de breakpoint sequer são carregados na memória, porque a seção de embed-breakpoints não está marcada como alocável.

Você pode encontrar todo o código no GitHub sob uma licença BSD. Eu fiz apenas testes mínimos, mas espero que seja uma ferramenta de depuração útil para alguém.

Não estou certo sobre a decisão de escrever o wrapper GDB em C usando BFD. Cheguei a considerar Haskell e elf, ou Python e a nova biblioteca pyelftools. Provavelmente seja possível fazer alguma coisa mais legal usando a API GDB para Python, que foi adicionada alguns anos atrás.

Este código depende da GNU toolchain: ele usa extensões GNU C, sintaxe do GNU assembler e BFD. O wrapper GDB usa o sistema de arquivos proc do Linux, para que ele possa passar para GDB um arquivo temporário que já foi desvinculado. Você poderá portá-lo para outros sistemas UNIX, mudando apenas a manipulação de arquivos temporários. Ele deverá funcionar em uma variedade de arquiteturas CPU, mas testei apenas em x86 de 32 e 64 bits.

?

Texto original disponível em http://mainisusuallyafunction.blogspot.ca/2012/01/embedding-gdb-breakpoints-in-c-source.html