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实现一个 Golang 调试器（第一部分）
写这个系列的目的不是为了列出 Golang 编程语言的调试器的所有特性。如果你想看这些内容，可以看下 Delve。在这篇文章里我们试着去探索下调试器通常是怎样工作的，怎么在 Linux 上完成一个基本的调试，Linux 上比较关心 Golang 的功能，比如 goroutine 。
创建调试器没那么简单。就这一个话题我们单独写一篇文章也讲不完。相反，本篇博文是个开始，这个系列的最终目标是找到解决方案来处理最常见的场景。期间我们会讨论类似 ELF, DWARF 的话题，还会接触到一些架构相关的问题。
环境
整个系列文章中，我们都会使用 Docker 来获取基于 Debian Jessie 的可复制的 playground。我使用的是 x86-64，这可以在一定程度上让我们在做一些底层讨论的时候起点作用。项目结构如下：
> tree
.
├── Dockerfile
└── src
└── github.com
└── mlowicki
├── debugger
│ └── debugger.go
└── hello
└── hello.go
我们马上要用到的调试器的主要文件就是 debugger.go，hello.go 文件包含我们整个流程中调试的 sample 程序源代码。现在你写最简单的内容就可以：
package main
func main() {
}
我们先写一个非常简单的 Dockerfile：
FROM golang:1.8.1
RUN apt-get update && apt-get install -y tree
为了编译 Docker 镜像，到（Dockerfile 所在的）最外层目录，运行：
> docker build -t godebugger .
给容器加速，执行：
> docker run --rm -it -v "$PWD"/src:/go/src --security-opt seccomp=unconfined godebugger
这里 有安全运算模式（seccomp）的相关描述。现在剩下的是在容器里编译这这两个程序。第一个可以这样做：
> go install --gcflags="-N -l" github.com/mlowicki/hello
标识 --gcflag 用于禁止 内联函数 （-l），编译优化（-N）可以让调试更容易。调试器如下做编译：
> go install github.com/mlowicki/debugger
在容器的环境变量 PATH 中包含 /go/bin ，这样不用使用完整路径就可以运行任何刚编译好的程序，不论是 hello 还是 debugger。
第一步
我们的第一个任务很简单。在执行任何指令之前停止程序，然后再运行起来，直到程序停止（不管是自动停止还是出现错误停止）。大多数调试器你都可以这样开始使用。设定一些跟踪点（断点），然后执行类似 continue 的指令真正的跑起来，直到停在你要停的地方。我们看看 Delve 是如何工作的：
> cat hello.go
package main
import "fmt"
func f() int {
var n int
n = 1
n = 2
return n
}
func main() {
fmt.Println(f())
}
> dlv debug
break Type ‘help’ for list of commands.
(dlv) break main.f
Breakpoint 1 set at 0x1087050 for main.f() ./hello.go:5
(dlv) continue
> main.f() ./hello.go:5 (hits goroutine(1):1 total:1) (PC: 0x1087050)
1: package main
2:
3: import "fmt"
4:
=> 5: func f() int {
6: var n int
7: n = 1
8: n = 2
9: return n
10: }
(dlv) next
> main.f() ./hello.go:6 (PC: 0x1087067)
1: package main
2:
3: import "fmt"
4:
5: func f() int {
=> 6: var n int
7: n = 1
8: n = 2
9: return n
10: }
11:
(dlv) print n
842350461344
(dlv) next
> main.f() ./hello.go:7 (PC: 0x108706f)
2:
3: import "fmt"
4:
5: func f() int {
6: var n int
=> 7: n = 1
8: n = 2
9: return n
10: }
11:
12: func main() {
(dlv) print n
0
(dlv) next
> main.f() ./hello.go:8 (PC: 0x1087077)
3: import "fmt"
4:
5: func f() int {
6: var n int
7: n = 1
=> 8: n = 2
9: return n
10: }
11:
12: func main() {
13: fmt.Println(f())
(dlv) print n
1
让我们看看我们自己怎么实现。 第一步是需要给进程（我们的调试器）找一个机制，去控制其他进程（我们要调试的进程）。幸好在 Linux 上我们有这个-- ptrace。这还不算。Golang 的 syscall 包提供了一个类似 PtraceCont 的接口，可以重启被跟踪的进程。因此这里包含了第二部分内容，但是为了有机会在程序开始执行之前设置断点我们还得做点其他的。创建新进程的时候我们可以通过设置属性-- SysProcAttr 指定进程行为。其中一个是 Ptrace 可以跟踪进程，然后进程会停止并在开启之前给父进程发送 SIGSTOP signal。我们把刚才学到的内容整理成一个工作流程...
> cat src/github.com/mlowicki/hello/hello.go
package main
import "fmt"
func main() {
fmt.Println("hello world")
}
> cat src/github.com/mlowicki/debugger/debugger.go
package main
import (
"flag"
"log"
"os"
"os/exec"
"syscall"
)
func main() {
flag.Parse()
input := flag.Arg(0)
cmd := exec.Command(input)
cmd.Args = []string{input}
cmd.Stdout = os.Stdout
cmd.Stderr = os.Stderr
cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{Ptrace: true}
err := cmd.Start()
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
err = cmd.Wait()
log.Printf("State: %v\n", err)
log.Println("Restarting...")
err = syscall.PtraceCont(cmd.Process.Pid, 0)
if err != nil {
log.Panic(err)
}
var ws syscall.WaitStatus
_, err = syscall.Wait4(cmd.Process.Pid, &ws, syscall.WALL, nil)
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
log.Printf("Exited: %v\n", ws.Exited())
log.Printf("Exit status: %v\n", ws.ExitStatus())
}
> go install -gcflags="-N -l" github.com/mlowicki/hello
> go install github.com/mlowicki/debugger
> debugger /go/bin/hello
2017/05/05 20:09:38 State: stop signal: trace/breakpoint trap
2017/05/05 20:09:38 Restarting...
hello world
2017/05/05 20:09:38 Exited: true
2017/05/05 20:09:38 Exit status: 0
第一版的调试器实现方式很简单。启动了一个被跟踪的进程，然后进程在执行第一条指令前停止，并向父进程发送了一个 signal。父进程等待这个 signal，打出日志 log.Printf("State: %v\n", err)。之后程序重启，父进程等待其终止。这种方式可以让我们有机会提前设置断点，启动程序，等一会到达指定跟踪点asp调试器，看看类似堆栈或注册表里的当前值，检查下进程状态。
哪怕知道一点点，我们也可以做一些很赞的事情。这些都会为今后的提高和实践（不久的将来）奠定基础。 给我们点个赞吧，让更多人能看到这篇文章。如果你想获得新博文的更新或者在工作中获得提高，请关注我们吧。
via: medium.com/golangspec/making-debugger-for-golang-part-i-53124284b7c8
（编辑：航空爱好网）
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