Linux下使用GDB调试程序无法设置断点的原因咨询

环境：Linux 4.15系统，gcc 7.5.0，通过gcc main.c -o main编译生成hello world可执行文件，使用GDB调试时遇到以下问题：

现象1：反汇编显示的是ELF偏移而非实际加载地址 #

GDB中反汇编main函数得到的是低地址：

root@ubuntu:/root# gdb -q ./main 
Reading symbols from ./main...(no debugging symbols found)...done.
(gdb) disassemble main 
Dump of assembler code for function main:
   0x000000000000063a <+0>:     push   %rbp
   0x000000000000063b <+1>:     mov    %rsp,%rbp
   0x000000000000063e <+4>:     lea    0x9f(%rip),%rdi        # 0x6e4
   0x0000000000000645 <+11>:    callq  0x510 <puts@plt>
   0x000000000000064a <+16>:    mov    $0x0,%eax
   0x000000000000064f <+21>:    pop    %rbp
   0x0000000000000650 <+22>:    retq   
End of assembler dump.
(gdb) 

通过info files查看段地址，同样是基于0x0的偏移：

(gdb) info files 
Symbols from "/root/main".
Local exec file:
        `/root/main', file type elf64-x86-64.
        Entry point: 0x530
        0x0000000000000238 - 0x0000000000000254 is .interp
        0x0000000000000254 - 0x0000000000000274 is .note.ABI-tag
        0x0000000000000274 - 0x0000000000000298 is .note.gnu.build-id
        0x0000000000000298 - 0x00000000000002b4 is .gnu.hash
        0x00000000000002b8 - 0x0000000000000360 is .dynsym
        0x0000000000000360 - 0x00000000000003e2 is .dynstr
        0x00000000000003e2 - 0x00000000000003f0 is .gnu.version
        0x00000000000003f0 - 0x0000000000000410 is .gnu.version_r
        0x0000000000000410 - 0x00000000000004d0 is .rela.dyn
        0x00000000000004d0 - 0x00000000000004e8 is .rela.plt
        0x00000000000004e8 - 0x00000000000004ff is .init
        0x0000000000000500 - 0x0000000000000520 is .plt
        0x0000000000000520 - 0x0000000000000528 is .plt.got
        0x0000000000000530 - 0x00000000000006d2 is .text
        0x00000000000006d4 - 0x00000000000006dd is .fini
        0x00000000000006e0 - 0x00000000000006f1 is .rodata
        0x00000000000006f4 - 0x0000000000000730 is .eh_frame_hdr
        0x0000000000000730 - 0x0000000000000838 is .eh_frame
        0x0000000000200db8 - 0x0000000000200dc0 is .init_array
        0x0000000000200dc0 - 0x0000000000200dc8 is .fini_array
        0x0000000000200dc8 - 0x0000000000200fb8 is .dynamic
        0x0000000000200fb8 - 0x0000000000201000 is .got
        0x0000000000201000 - 0x0000000000201010 is .data
        0x0000000000201010 - 0x0000000000201018 is .bss
(gdb) 

现象2：无法在显示的地址设置断点 #

尝试在puts@plt的地址0x510设置断点，启动程序后提示无法访问内存：

(gdb) break *0x510
Breakpoint 1 at 0x510
(gdb) r
Starting program: /root/main 
Warning:
Cannot insert breakpoint 1.
Cannot access memory at address 0x510

(gdb) 

原因分析 #

1. PIE（位置无关可执行文件）编译：gcc 7.5.0默认启用-pie选项，生成的是位置无关可执行文件。这类文件的ELF中记录的是链接时的相对偏移，而非进程运行时的实际虚拟地址。程序加载时，会被映射到一个随机的基地址上，而非ELF文件中默认的0x0基址。
2. ASLR（地址空间布局随机化）：Linux内核默认开启ASLR，会进一步随机化PIE程序的加载基址，每次运行程序的内存映射地址都可能不同，导致ELF中的固定偏移地址在运行时没有被映射为程序代码。
3. 无调试符号：编译时未添加-g选项，GDB无法获取调试信息，默认显示的是ELF文件中的链接偏移地址，而非进程加载后的实际地址。

解决方法 #

• 方法1：关闭PIE编译
  编译时添加-no-pie选项，生成非位置无关的可执行文件：

  gcc main.c -o main -no-pie
  

  这类程序的加载基址固定为ELF文件中记录的地址，GDB中显示的地址就是实际运行地址，断点可以直接设置。

• 方法2：获取实际加载地址后设置断点
  启动程序后（执行start或run后按Ctrl+C暂停），用info proc mappings查看程序的实际内存映射：

  (gdb) info proc mappings
  

  找到.text段的起始基地址（比如0x555555554000），将ELF中的偏移地址加上该基址，得到实际运行地址，再设置断点：

  (gdb) break *0x555555554510
  

• 方法3：直接按函数名设置断点
  即使没有调试符号，GDB支持按函数名或PLT表项设置断点，会自动处理PIE的地址转换：

  (gdb) break puts@plt
  (gdb) break main
  

内容的提问来源于stack exchange，提问作者CarloC